烟气余热回收原理(工业余热回收再利用的发展前景解析)

Posted 2023-06-02

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烟气余热回收原理(工业余热回收再利用的发展前景解析)

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一、工业余热可回收率高，政策支持余热利用

1、工业余热可回收利用率达 60%，节能潜力大

我国工业余热资源丰富，余热资源约占其燃料消耗总量的 17%~67%，其中可回收率达 60%。余热资源非常丰富，特别是在钢铁、有色、化工、水泥、建材、石油与石化、轻工、煤炭等行业，余热资源约占其燃料消耗总量的 17%~67%，其中可回收利用的余热资源约占余热总资源的 60%。目前我国余热资源利用比例低，大型钢铁企业余热利用率约为 30%～50%，其他行业则更低，余热利用提升潜力大。余热资源是指在现有条件下有可能回收利用而尚未回收利用的能量。余热资源从其来源可分高温烟气余热和冷却介质余热等六类，其中高温烟气余热和冷却介质余热占比最高，分别达到余热总资源的 50%和 20%左右，是余热回收利用的主要来源。

图1：余热资源分布情况，高温烟气余热约占 50%

表1：余热资源及其特点

2、国家政策大力支持余热回收利用

我国政府计划到 2020 年将碳排放量减少 40%-45%，目前面临着巨大的减排压力。

政府正在推行各项有利于节能减排的政策，其中余热回收利用作为提高能源利用效率的有效途径，国家出台多项政策鼓励企业进行余热回收利用。

（1） 2009 年 12 月 29 日工信部推出《钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案》，计划用 3 年时间即 2010-2012 年，投资超过 50 亿元，在全国 37 家重点钢铁企业，对 82 台烧结机推广实施烧结余热发电技术，以降低钢铁企业的能耗水平。今年 3 月国务院常务会议提出，要求建立钢铁行业碳排放考核体系，预计余热回收利用将获得进一步推进。

（2） 2010 年 4 月 2 日国务院下发《关于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展的意见》，要求加快推行合同能源管理，积极发展节能服务产业，同时加大资金支持力度和实行税收扶持政策。

（3）在《当前国家鼓励发展的环保产业设备（产品）目录》中，鼓励发展用于电力、石化、冶金、钢铁、水泥建材、印染、造纸、地热、糖酒工业等废热、余热回收利用发电设备。

（4）《节能中期专项规划》中明确将“余热余压利用工程”列为重点工程之一。2006 年，发改委在《节能中期专项规划》中明确将“余热余压利用工程”列为重点工程，提出“十一五”期间在钢铁联合企业实施干法熄焦、高炉炉顶压差发电、全高炉煤气发电改造以及转炉煤气回收利用。

（5）《“十一五”十大重点节能工程实施意见》要求研究制定鼓励利用余热余压发电、供热和制冷的优惠政策，并在钢铁、水泥行业推广利用。国家发改委 2006 年7 月发布的《“十一五”十大重点节能工程实施意见》的第三项为“余热余压利用工程”，要求在钢铁行业推广干法熄焦技术、高炉炉顶压差发电技术；在水泥行业推广纯低温余热发电技术，建设水泥余热发电装置，研究制定鼓励利用余热余压发电、供热和制冷的优惠政策。

表2：与余热回收利用相关的各项政策内容

3 、余热利用三大主要途径

目前余热利用的途径主要有三种：

第一种是热交换；是回收工业余热最直接、效率较高的经济方法,该类途径不改变余热能量的形式,只是通过换热设备将余热能量直接传递给自身工艺的耗能流程,降低一次能源消耗。主要利用方式有间壁式换热、余热锅炉、蓄热式热交换、热管的换热等。

第二种是热工转换；利用热功转换可提高余热的品位。主要采用余热锅炉发电，是工业余热利用的主要形式；

第三种是采用热泵（溴冷机）系统回收余热，适用于工业和民用的低温余热回收。

1）工业余热利用主要形式：余热锅炉发电

余热锅炉是余热发电系统中的重要设备。根据用途不同，余热锅炉可细分为电站余热锅炉和工业余热锅炉。相对电站余热锅炉，工业余热锅炉运行环境恶劣，设计、制造工艺较为复杂，多为非标产品。

表3：电站余热锅炉和工业余热锅炉特点

图2：电站余热锅炉图3：工业余热锅炉

余热资源的利用效率和余热资源的温度有关，一般情况温度越高，利用效率越高。根据余热资源温度的高低可分为高温余热（高于 500℃），中温余热（200~500℃）和低温余热（低于 200℃）。余热锅炉发电一般适用于高温余热，而热泵回收系统则适用于低温余热。

2）低温余热利用首选设备：溴冷机和热泵

溴化锂吸收式机组是利用余热资源作为机组的动力，通过驱动机组达到制冷或供热的目的；而热泵机组回收余热则是利用热泵系统提取低温余热资源，以达到充分利用余热的目的。

溴化锂吸收式机组工作原理：溴化锂制冷机是以热能为动力源，以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂，制取冷源水。其热源主要有蒸汽、热水、燃气和燃油等，可分为直燃型、蒸汽型和热水型。蒸汽型机组可利用蒸汽余热，如城市集中供热热网、热电冷联供系统、纺织、化工、冶金等行业；热水型机组，可利用 65℃以上的热水，如工业领域工艺过程产生的余热热水制取冷水。由于是“以热制冷”，溴化锂制冷机可以利用工业废余热为工业提供工艺所需冷水或空调。

图4：吸收式机组原理示意图图5：压缩式热泵原理示意图

压缩式热泵工作原理：热泵系统是通过换热介质，从低温热源吸取热量，然后在高温处释放出热量；热泵系统一般由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四大部件组成。低佛点换热工质流经蒸发器时蒸发，从低温位处吸收热量，经过压缩机压缩后升温升压；然后流经冷凝器，在冷凝器冷凝中，将从蒸发器中吸取的热量和压缩机耗功所相当的那部分热量释放；释放出的热量就传递给高温热源，使其温度提高。蒸汽冷凝降温后变成液相，流经节流阀膨胀后，低压液相工质流入蒸发器，如此不断往复循环，热泵系统就能使低温热量连续不断地传递到高温热源处。

图6：溴化锂吸收式热泵机组样机图7：压缩式热泵机组样机

二、余热利用设备市场容量大，步入黄金发展期

1、余热锅炉应用领域广，未来五年市场规模将达 680 亿元

余热锅炉市场规模加速增长，按蒸吨计算 08 年增速达 30%。据中国工业年鉴的统计，2008 年生产各类余热锅炉 1146 台，合计 29865t（蒸汽），与 2007 年的余热锅炉 722 台，合计 23124t（蒸汽）相比，台数增长 58.7%，蒸汽吨数增长 29.2%；同时实现产值 34 亿元，较 07 年 24.8 亿元同比增长 37%。

图8：余热锅炉产量加速增长（按蒸吨计算），08 年增长率达 30%

图9：08 年国内余热锅炉产量大幅增长（台数）

余热锅炉属节能环保产品，随着国家节能减排工作的积极推进，特别是钢铁、焦化、水泥等重要行业节能减排工作的推进，预计余热锅炉市场将加速发展。根据估算未来 5 年国内国际余热锅炉市场容量预计达到 680 亿元

表4：余热锅炉设备市场容量估算，未来 5 年将达到 680 亿元

1）钢铁行业：烧结余热发电将大面积推广

（1）钢铁行业余热资源约占 37%，余热利用率低，提升空间大

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