利用工业余热进行集中供热的理论探讨

摘要：随着节能减排淘汰落后产能政策在全国范围内的实施，各级地方政府加快了拆除高耗能、高污染、低热效率的区域小锅炉的步伐。而热电联产机组及大吨位锅炉具有节约燃料和减少环境污染的特点， 在未来将成为我国主要的集中供热主体。目前热电联产热源主要来源为电厂和尖峰锅炉，而电厂余热是主要供热热源。随着城市化发展进程的不断加速，供热规模越来越大，如果不扩大热源的供给，热电联产式供热发展规模会受到约束。拓宽热能供给渠道，将高能耗工业，包括化工、钢铁、有色、建材、炼油产生的大量废热、余热并入热网，利用低品位热源的潜热，使供热系统成为工业废热、余热的终端利用者。

关键词：工业余热；集中供热；理论

引言

我国是能源紧缺的国家，一次能源及各种余热资源利用水平较低。在我国，大量的煤炭、石油、天然气等资源被粗糙利用，直接燃烧成为此类化石能源的最主要利用方式。另一方面，我国工业能耗占全国能源消耗总量的 2/3 以上。尽管目前通过改进工艺、动力回收、热泵技术等方式对工业余热进行了部分回收，但工业的能源利用率依然低下，至少有 50%的工业能耗以各种形式的余热被废弃。统计显示，我国能源利用率仅为 30%，各主要工业部门如钢铁、化工、造纸、纺织等行业的余热资源占消耗能源比例平均达到了 7.3%，而余热资源回收率仅为 34.9%，由此可见余热利用潜力巨大。

1.工业余热的分类及特点

相关数据显示，工业余热的利用程度确实不太高，这是急需去解决的问题。

1.1工业余热的分类

工业余热主要是在工业生产出没有得到有效利用的资源。它的产生介质也是多种多样的，不仅有固体，同时也包括液体和气体等形式。由于热能的利用很难有效把控，所以就会出现工业余热，造成很大的浪费。

工业余热大部分温度不高，不好回收，所以基本上没有得到过二次利用。工业余热的排放，不仅浪费了资源，同时还对环境造成了很大程度的污染。通过余热的温度高低，对其进行分类，主要有中温、低温和高温三种。基本上各类工业生产上都有工业余热的产生和浪费，通常情况下最常见的就包括烟气、煤渣、半利用的燃料等。余热最大的一些行业，如表 1 所示。

1.2 工业余热的特点

由于我国目前对于工业余热的处理技术还不够成熟，对于工业余热的利用程度也非常低。要想更好地提高利用率，就必须了解工业余热的特点，从而有针对性的进行研究。工业余热的特点大致可以分为以下几点：①余热量不稳定。余热资源的数量不稳定，或称热负荷不稳定，一般是由工艺生产过程来决定的。

即便是同一个企业，不同时期所产生的余热也存在着差异。余热的产生受到各种因素的干扰，因此有必要对不同行业进行了解，从而更好的掌握余热的特征；②余热载体杂质较多。工业余热当中常常会伴有一些粉尘和化学物质，这些粉尘和化学物质大多数都是高污染高危害的，所以在对余热的利用过程中要充分考虑这些因素；③含有腐蚀性物质。由于工业余热当中会带有很多有害气体，例如二氧化硫，长期排放在空气当中会造成酸雨，腐蚀性特别强。还有很多包含着重金属，这对于环境来说都是巨大的克星。同时对于工业企业的机器设备也具有很强的腐蚀性，会起到降低机器设备使用寿命的作用。

1.3常用的余热回收设备

常用的余热回收设备主要包括热量转化器，主要是通过设备对热量进行回收，从而实现二次利用。常用的热换器包括以下几种：①高温换热器。它的工作原理主要就是对工业生产当中配出的烟气的热量进行回收，通过安装特殊的余热回收设备，对企业的烟气进行二次利用，从而起到节能增效的作用；②蓄热式换热器。在热气与冷气的中间需要一个介质来转换，主要采用耐火材料制作而成；③翅管换热器。通过增加翅片的个数来增加传热的面积，从而使得热换的能力不断地增强，使得换热设备的结构更加合理。但是翅管换热器有特殊的适用范围，那就是主要针对 800℃左右的气体；④紧凑式换热器。它的结构大致是蜂窝结构的。主要的构成要素就是平板和翅片。它的传热面积非常大，可以高达 7000m 3 ；⑤热管换热器。从名称上就可以看出，它的组成部门主要就是热管。它的适用范围是温度适中的余热的循环回收和利用。

2.利用工业余热进行集中供热的主要研究成果

有研究指出，工业余热在供热系统中应作为重要补充热源，承担末端热用户的基础负荷。应针对不同的末端形式，配合相应的供热系统结构。该研究认为，低温辐射末端是适应低品位工业余热供热的一种理想末端形式。该研究从提高工业余热利用率角度出发，提出北方地区土壤源蓄热并用于采暖季供热的设想，并通过实际案例说明了低品位工业余热用于城镇集中供热的节能环保效益 。

有研究者以某 300 MW 调节抽汽式汽轮机及其供热系统为例，建立了回收循环水余热的热泵供热系统流程及各关键部件的数学模型，计算了热泵供热方式的工况性能，从系统整体角度对热泵供热方式进行了热力性能评价，认为回收循环水余热的热泵供热方式能较好地实现能量的梯级利用，并可减少循环水的蒸发损失以及对环境造成的热污染，具有良好的热力性能和社会效益，但其经济性能还需进一步研究分析。

另有研究者建立了回收循环水余热用于供热的单效溴化锂吸收式热泵模型，模拟分析凝汽器循环水出水温度与热网循环水出水温度对热泵系统供热系数的影响，结果表明，凝汽器循环水出水温度升高或热网循环水出水温度降低都能提高热泵系统的COP，提升供热效率；同时以实例分析提高循环水出水温度对 300 MW 汽轮机组和热泵机组的综合影响，结果表明，循环水出水温度在 35 ℃附近存在一个最佳值，可实现系统集成的最优化 。

一项针对酒精厂余热回收用于集中供热的案例研究表明，自该系统正式投产运营以来，热电厂供热紧张的情况及时得到了缓解。既保证了酒精厂的正常生产，又满足了供热需求，取得了良好的社会效益。该项目每年节约 7 900 t 标准煤，可减少向大气排放二氧化碳 20 500 t、二氧化硫 190 t、粉尘 80 t。该系统的应用带来显著的经济、社会、环境效益，为城市提供了一个稳定、可靠的热源，节能效果明显，符合国家节能减排政策，是一个值得实施的好项目。

3.结束语

利用工业余热拓宽供热能源的供给渠道， 将余热区域网络化是各级政府应大力实施节能减排的有效措施。 一方面，从根源上解决大城市热源紧张的局面， 有利于扩大热电联产式集中供热的发展规模，有利于满足热源供给区域内热用户不同的用热品质需求。热源充足了，集中供热企业发展也能变被动为主动，在迅速增长的供热市场中，发挥主导作用；另一方面，充分利用工业低品位热源供热，成为余热利用终端，很大程度减少热能浪费，减少能源的消耗，降低有害水汽排放，既起到节能降耗的作用，又能达到改善环境的目的。总之，随着先进技术和设备在供热系统中的应用，将工业低品位余热网络化，并转化为满足供热的热源，是可行的。在热能得到高效利用的同时，创造更高的社会和经济效益。