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1、能源管理基础,2018/9/12,主讲教师：董聪,浙江科技学院,机械与汽车工程学院,授课专业：能源与环境系统工程,工业余热 以环境温度为基准，被考察体系排出的热载体可释放的热称为余热（GB 1028-2000） 生产过程中由各种热能转换设备、用能设备、化学反应设备及生产工艺中产生而未被利用的热能。余热资源是指在目前条件下有可能回收和重复利用而尚未回收利用的那部分能量。,3.1 工业余热相关问题,第三章 余热利用,余热分类（来源） 高温烟气的余热，约占余热资源的50%； 高温产品和炉渣的余热，约占余热资源的4-6%； 冷却介质余热，约占余热资源的15-23%； 可燃废气、废液和废料的余热，约占余
2、热资源的8%； 废气、废水余热，约占余热资源的10-16%； 化学反应余热，约占余热资源的10%；,排气余热,排气余热占余热资源总量的50%左右，并且温度范围差别大。,焦炉煤气750,转炉煤气1600以上,高温产品和炉渣余热,工业上许多成品半成品或者炉渣的温度都很高，对其冷却过程中还有大量的余热可以利用。,4 % 6 %,冷却介质余热,一类用于生产所需求的冷却介质余热，另一类用于金属构件冷却，保证金属强度。,15%25%,化学反应余热,化学反应余热是放热反应过程所放出的热量。,10%左右,CO（g）+H2O（g）=CO2（g）+H2（g）+41kJ/mol,如.生产硫酸制备二氧化硫,该反应需要
3、在催化剂存在下进行，依据目前开发的催化剂活性温度，其反应温度在200-400之间，中变催化剂在280-400 ，低变催化剂为200-320 。,如.合成氨中的一氧化碳变换反应,表 可燃废气、液、料的发热量,可燃废气、废液、废料余热,可燃废气包括焦化厂的煤气、炼油厂的可燃废气、化工厂电石炉等废气；可燃废液包括炼油厂下脚渣油、废机油、造纸厂黑液、油漆厂化工厂等废液；可燃废料包括木材废料及其他固体废料。,8%左右,废气、废水余热,生产所需使用蒸汽和热水所需的化工厂均存在一种余热。,蒸汽锤,蒸汽锤排汽余热占用气量的70%-80%,凝结水排空,10%16%,余热分类（温度） 高温余热，温度高于500 。
4、 中温余热，温度200500 。 低温余热，温度低于200的烟气及低于100 的液体属于低温余热资源。,工业余热分类（形态） 固态载体余热：包括固态产品和固态中间产品的余热资源、排渣的余热资源及可燃性固态废料，100500 液态载体余热：包括液态产品和液态中间产品的余热资源、冷凝水和冷却水的余热资源、可燃性废液，环境温度80 气态载体余热：包括烟气的余热资源、放散蒸汽的余热资源及可燃性废气，100180,表 按温度范围划分的余热资源情况,表 我国主要行业的余热资源情况,余热的特点,余热的特点,高温烟气含有腐蚀性气体（SO2 、SO3 、H2S 、NOx、NH3） 废气中不但含有丰富的显热，而且
5、有时含有可燃性气体； 废气中有大量的半熔状态的粉尘或烟炱等； 废气等热源的温度差别有时很大； 工艺废气是高温高压的，有些气体还有爆炸性； 液体余热一般温度较低，但量很大； 化工生产中固体余热相对较少。,3.2 余热利用的策略,工业余热回收常用设备,换热器 汽化冷却装置 余热锅炉 热泵 热管,工业余热回收方式,热回收（直接利用热能） 动力回收（转变为动力或电力后再用）,3.3 科学回收余热,1）用能的指导思想追求用能过程的最小不可逆性，实现完全用能。 2）用能的基本原则用能方式合理化，按质用能，使供能与用能的品质匹配，实现合理用能。 3）用能的主体能的数量利用，尽可能减少外部损失，实现有效用能。
6、 4）用能的本质能的质量利用，尽可能降低内部损失，实现充分用能。 5）用能的系统工程能的综合利用，主要指作功能与不作功能，功与热，动力与工艺等各种能的应用与配合，实现优化用能。,换热器,换热器在动力、化工、石油、原子能等许多工业部门均有广泛的应用。按工质类型，换热器可分成气体对气体、气体对液体、液体对液体等换热器，以及有相变的蒸发器、冷凝器等。按工作原理，可以分成三种类型： 气气换热器气气换热器在余热利用中用得最多的是用烟气余热来加热燃烧用空气。也有的用烟气余热加热燃烧用煤气。管式空气预热器和回转式空气预热器 气液和液液换热器气液换热器通常是利用烟气的余热来生产热水供采暖和生活用，或用来加热锅
7、炉给水。也有用来加热有机流体作中间载热介质或供热介质。,换热器按传热方式分类 ，可分为以下三类 直接接触式（混合式） 蓄热式 间壁式,接触式换热器,冷却塔 旋风预热器 澡堂蒸汽加热器,蓄热式换热器,回转式空气预热器 各种蓄热室,间壁式换热器,管壳式（管板式、浮头式、填料函式、U型管式） 板式（板翅式、螺旋板式、波纹板式） 管式（管箱式、套管式、喷淋管式） 板壳式,热管换热器,热管是60年代中期出现的一种高效传热元件。由热管组成的换热器具有体积小、重量轻、传热功率大、流阻低等优点，在余热回收利用中得到越来越广泛的应用。,热管省煤器,分离式热管换热器,热管蒸发器,蓄热器,蓄热器是锅炉与使用蒸汽侧两
8、者之间必要的储存能量的“热库”，这就是蓄热器所起的作用。当负荷波动剧烈，尖峰负荷与最低负荷反复出现时，对于生产蒸汽与使用蒸汽两方面都是不经济的。有了蓄热器，在锅炉产生蒸汽富裕的时候，把蒸汽储存起来，蒸汽不足的时候，在取出来使用。蓄热器的这种作用，对锅炉经济运行和有效的使用蒸汽两方面来说，都是极其重要的。,余热锅炉,余热锅炉是回收和利用各种工业炉窑和石油化工工艺气余热的主要设备 余热锅炉利用废气为热源，因此无需燃烧系统(除非有补燃要求) 余热锅炉可在多压状态下产生蒸汽以提高热回收效率 热传导靠对流而不是靠辐射 余热锅炉不采用膜式水冷壁结构 余热锅炉采用翅片管最大限度地强化传热,余热锅炉的分类,1
9、、使用场合分类，如烧结余热锅炉、加热炉余热锅炉、合成氨余热锅炉、 硫酸余热锅炉等。 2、按余热锅炉的操作条件分类，如高温高压余热锅炉、中压或低压余热锅炉。 3、按照余热锅炉汽水循环的特性分类，分为自然循环余热锅炉、强制循环余热锅炉、直流式余热锅炉。 4、按照传热管内流通的介质是烟气或水可分，烟管式和水管式余热锅炉。 5、按照布置形式分，可以分管壳式余热锅炉与烟道式余热锅炉 6、按照安装方式分，可分为立式余热锅炉和卧式余热锅炉,管壳式废热锅炉,烟道式废热余热锅炉,自然循环余热锅炉,强制循环余热锅炉,余热锅炉的构造,汽包及其内部装置 蒸发器、过热器及省煤器 炉墙、钢架、吹灰器,余热锅炉的构造,为了
10、确保锅炉各受热面能够长期、高效、安全、可靠地运行，必须正确设置和使用吹灰器。 蒸汽吹灰器 声波吹灰器 燃气脉冲吹灰器（激波吹灰器） 机械振打吹灰器,建材行业,玻璃窑废气余热回收技术1 水泥窑余热发电技术1,其他行业,乏汽与凝结水闭式热回收技术 基于吸收式换热的新型热电联产集中供热技术,余热回收数据采集-1（基本信息）,余热来源（简要工艺描述） 余热的品质和数量（温度、流量、污染物成分、腐蚀性介质） 余热的用途 要求我公司服务内容 项目进展情况,余热回收原则 对于排出高温烟气的各种热设备，其余热应优先由本设备或本系统加以利用。 余热余能无法回收用于加热设备本身，或者用后仍有部分可回收时，应将其用
11、于生产蒸汽或热水，以及产生动力。 要根据余热的种类、排出情况、介质温度、数量及利用的可行性，进行企业综合热效率及经济性分析，决定设置余热回收设备类型及规模。 应对必须回收余热的冷凝水，高、低温液体，固态高温物体，可燃物和具有余压的气体、液体等的温度、数量和范围制定利用的具体管理标准。,余热回收应注意的问题 资金和土地的投入，应该首先考虑提高现有设备的效率上，绝不要把回收余热建立在大量能源浪费的基础上。 不是所有的都可以回收。 用途两类：一类给本身，一类用于其他的设备。决定了余热回收的同步性。,3.3、余热利用途径,余热利用途径主要有三方面：余热直接利用、余热发电和余热综合利用。,余热直接利用,
12、（1）预热空气或给水,余热的直接利用有以下途径：,利用高温烟道排气，通过高温换热器来加热进入锅炉和工业窑炉的空气，可提高燃烧效率，节约燃料。,如.锅炉烟道气的回收利用锅炉排烟温度一般在250350，是锅炉热损失中最大的一项，一般占燃料消耗量的820，因此，回收锅炉排烟热量，是提高锅炉效率，降低企业燃料消耗的重要措施。 锅炉排烟热损失的回收利用是在锅炉烟道中装设省煤器与空气预热器。,省煤器回收热量：,空气预热器器回收热量：,省煤器节约燃料量：,空气预热器节约燃料量：,空气预热器,省煤器,（2）干燥物料,利用各种生产过程中的排气来干燥材料和部件。例如，陶瓷厂的泥胚、冶炼厂的矿料等。,（3）生产热水
13、和蒸汽,利用中低温的余热来生产热水和低压蒸汽，供生产工艺或生活需要。,工业窑炉烟道气的回收利用工业窑炉排烟温度都较高，一般都在400以上，回收利用都是动力利用，其设备有余热锅炉，背压式发电机理及专用设备等。,余热锅炉,余热锅炉,常规电站锅炉,（4）制冷,利用低温的余热通过吸收式制冷系统来达到制冷的目的。,溶液再生,冷却水,开,加热,开,冷水,冷却水,吸收器,蒸发器,（1）利用余热锅炉产生蒸汽，推动汽轮机组发电。,利用余热发电通常有以下几种方式：,3.4 余热余压发电,如干熄焦发电技术干熄焦技术是利用冷的惰性气体(燃烧后的废气)，在干熄炉中与赤热红焦换热从而冷却红焦。吸收了红焦热量的惰性气体将热
14、量传给干熄焦锅炉产生蒸汽，被冷却的惰性气体再由循环风机鼓入干熄炉冷却红焦。干熄焦锅炉产生的蒸汽或并入厂内蒸汽管网或送去发电。,由焦炉生产的温度约为1000的赤热焦炭排出装入焦罐车中，焦罐经牵引、提升移送至熄槽上部，从加焦口将焦炭放入干熄槽预存室，预存一定时间后下行至熄焦室，并与逆流的惰性循环气体N2进行热交换，冷却后的焦炭经排焦装置从排焦口排出，再经皮带转运至筛焦楼筛焦、储存，供炼钢（炼铁）用。,二者在逆向运动中，焦炭逐渐被冷却到250以下，然后由炉底的卸料装置排出；同时，惰性气体（或废烟气）被加热到800左右，从干熄炉斜道口经过一次除尘器后进入干熄焦锅炉；在锅炉中，水被热气流加热产生蒸汽，同
15、时气体被冷却到200左右，再经二次除尘由循环风机重新送入干熄炉内循环使用。,（2）高温余热作为燃气轮机的热源，利用燃气轮机组发电,如.TRT发电技术,1.什么是TRT装置TRT Blast Furnace Gas Top Pressure Recovery Turbine Unit ， 高 炉 煤 气 余 压 透 平 回 收 装 置TRT装置是利用高炉冶炼的副产品 高炉炉顶煤气具有 的压力能和 热能，使煤气通过透平膨胀机膨胀作功，驱动发电机发电或驱动其它设备， 进行能量回收的一种装置。TRT装置的特点：不消耗任何燃料;不改变原煤气品质;无污染公害、最经济设备;替代减压阀组调节稳定炉顶压力。,没
16、有安装TRT装置的高炉炼铁流程图,顶压100 400kpa,管系压力损失 2000 3000mmH2O 50 ,10kPa,减压阀压力损失,没有安装TRT装置的高炉炼铁流程图,安装TRT装置的高炉炼铁流程图,TRT发电系统,封闭式,敞开式,（3）余热温度较地，可利用低沸点工质，来达到发电目的。,采用有机低沸点作为热力循环的工质与低温余热换热，有机工质吸热后产生高压蒸汽，推动汽轮机或其他膨胀动力机带动发电机发电。因此，系统能够实现余热回收和发电的最低余热资源温度可到80，这是常规发电技术不能做到的（常规发电要求热源温度在350以上），从而拓宽了可以回收发电的余热资源范围，为建材、冶金、化工等行业的低温余热资源回收提供了技术手段和设备。同时，这项技术还可以推广到可再生能源发电系统中，（如地热、太阳能和生物质能）为可再生能源发电提供关键技术和设备。,
