余热资源有哪些类型？

余热资源在钢铁、石油、化工、建材行业大量存在，也普遍存在于其他行业。轻工和食品等行业的生产过程中，都存在着丰富的余热资源，被认为是继煤、石油、天然气和水力之后的第五大常规能源，所以充分利用余热资源也是企业节能的主要内容之一。

在各种生产过程中，往往会生成具有热能、压力能或具有可燃成分的废气、废汽、废液等产物，在不少化学工艺过程中，还会有大量化学反应热释放出来。有些产品还可能会大量的物理显热。这些带有能量的载能体都称为余能，俗称余热。这些余热资源可用于发电、驱动机械、加热或制冷等，从而减少一次能源的消耗，并减轻对环境的热污染。

能量有品位的高低，而热能是属低品位的能，它也可以从它转换为高品位能和直接利用时的难易程度或作用大小来区分其量的高低。通常评价热能品位最简单和直观的方法是用温度的高低。获得热量的温度高，则利用方便；温度低的热量利用就困难。当温度低到环境温度时，它就无法利用了。

我国工业企业的余热利用潜力很大，余热利用在当前节约能源中占重要地位。余热资源的回收利用可不是件容易的事，它要求工艺上、技术上可行，经济上合理，而且还要保护环境。如何应用当代最新科学技术，充分利用余热资源是摆在科研工作者和企业一线生产人员面前的重要任务和研究课题。

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。它不仅决定于能量本身的品位，还决定于生产发展情况和科学技术水平，也就是说，利用这些能量在技术上应是可行的，在经济上也必须是合理的。

例如，欲回收100℃以下的低温余热，就要有解决相应技术难题的能力；要从高温高腐蚀性介质中回收余热，首先必须有耐热耐蚀性很强的材料等。

所以，生产和科学技术的发展水平是决定余热资源的数量。

必须指出，余热回收固然很重要，但最根本的问题还在于尽量减少余热的排出，这方面的主要措施是降低排烟温度，减少冷却介质带走的热量，减少散热损失，提高热工设备本身的效率等。

余热资源的主要来源

余热资源的来源主要有如下六个方面。

高温烟气的余热

这是一种数量大分布范围广的余热。高温烟气余热分布在冶金、化工、建材、机械、电力等行业，如各种冶炼炉、加热炉、石油化工装置、燃气轮机、内燃机和锅炉的排汽排烟，某些工业窑炉的高温烟气余热甚至高达炉窑本身燃料消耗量的30％～60％。它们不仅温度高、数量多，而且回收容易，约占余热资源总量的50％。

高温产品和炉渣的余热

许多工业生产都要经过高温加热这一过程，经高温加热过程生产出来的产品如金属的冶炼、熔化和加工，煤的汽化和炼焦，石油炼制以及烧制水泥、砖瓦、陶瓷、耐火材料和熔化玻璃等，它们最后出来的产品及其炉渣废料都具有很高的温度，达几百至1000摄氏度以上，通常产品又都要冷却后才能使用，在冷却时散发的热量就是余热。这部分余热往往占设备燃料消耗量的比重较大，如炼钢炉渣热量占冶炼燃料热的2％～6％，有色金属冶炼炉渣占10％～14％。

我国每年由冶金炉渣带走的热量相当于2兆吨标准煤。从每吨热焦炭中可回收的热量相当于40千克标准煤，每吨热钢坯可回收热量67兆焦耳(22.9千克标准煤)，相当于加热量的1/4。

现在炼钢工业中采用的干法熄焦、连铸、热装连轧等新工艺，就是回收这部分余热。高温产品和炉渣的余热约占余热资源总量的4％～6％。

冷却介质的余热

冷却介质是保护高温生产设备和生产工艺不可缺少的东西。常用的介质是水、空气和油。它们的温度受设备要求的限制，通常较低，如电厂汽轮机冷凝器的冷却水，不能超过25℃～30℃，内燃动力机械的冷却水大约为50℃～60℃；温度最高的是冶金炉和窑炉冷却水，也不过80℃～90℃。

因此，对这部分低温余热的利用比较困难，需要较大的设备投资，如利用热泵或低沸点工质动力设备等。不过，这部分余热量还是相当多的，约占余热资源总量的15％～23％。如冶金炉的冷却介质余热占燃料消耗量的10％～25％，高炉占2％～3％，凝汽式发电厂各种冷却介质带走的热量约占其燃料消耗量的50％。

可燃废气、废液和废料的余热

生产过程的排气、排液和排渣中，往往含有可燃成分。这种余热约占余热资源总量的8％。如转炉废气。炼油厂催化裂化再生废气，炭黑反应炉尾气、造纸生产中的纸浆黑液，以及煤焦油蒸馏残渣等。下表表示它们的发热量。

可燃废气、液、料的发热量

废气、废液、废料可燃成分/%一氧化碳氢气甲烷低位发热量

［千焦/立方米(标)］炼焦煤气5～855～6023～2716300～17600高炉煤气27～301～20.3～0.83770～4600转炉煤气56～611.56280～7540铁合金冶炼炉气7068400合成氨甲烷排气1514600化肥厂焦结煤球干馏汽6.519.354200～4600电石炉排气8014110900～11700造纸黑液6000～12000千焦/千克甘蔗渣6300～11000千焦/千克

废汽、废水余热

这是一种低品位蒸汽及凝结水余热，凡是使用蒸汽和热水的企业都有这种余热，这部分包括蒸汽动力机械的排汽(其余热占用汽热量的70％～80％)和各种用汽设备的排汽，在化工、食品等工业中由蒸发，浓缩等过程产生的二次蒸汽，还有蒸汽的凝结水、锅炉的排污水以及各种生产和生活的废热水。废水的余热约占余热资源的10％～16％。

化学反应余热

这种余热主要存在于化工行业，是一种不用燃料而产生的热能，它占余热总量的10％以下。例如硫酸制取过程中利用焚硫炉或硫铁矿石沸腾炉产生的化学反应热，使炉内温度为850℃～1000℃，可用于余热锅炉产生蒸汽，约可回收60％。

由上面我们可以看出余热的分布之广，来源各异，而且不同工业行业中产生的余热性质和数量相差很大。据估计，冶金部门总余热资源占其燃料消耗量的50％以上，机械、化工、玻璃、搪瓷、造纸等企业占25％以上。

余热资源的温度类型

高温余热

这是一种温度高于500℃的余热资源。属于高温范围的余热大部分来自工业炉窑。其中有的是直接燃烧燃料产生的，如熔炼炉、加热炉、水泥窑等。有的主要靠炉料自身燃烧产生的。如沸腾焙烧炉、炭黑反应炉等，国外城市垃圾热值为3349～10465千焦／千克，离开焚烧炉的烟温达到840℃～1100℃，可以回收利用。

中温余热

温度在200℃～500℃之间的余热资源。各种热能动力装置及某些炉窑设备中的高温气体在燃烧室或炉膛中做功或传热后排出的气体一般在中温范围内。这挡温度比较适中，有些可继续做功，有些可产生蒸汽或预热空气等，利用前景十分良好。

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。

低温余热的来源有两个方面：一方面是有些余热在排放时本身的温度就是低的；另一方面是在高温、中温余热回收中仍然会有剩余的低温余热排放出，由于低温余热回收时温差小，换热设备庞大，经济效益不太明显，回收技术也较复杂，因此过去对此不予重视。但是如果面广量大，回收总量也是非常大的。由于能源短缺和科技的进步，对低温余热的回收利用也日益重视，而且取得了很大的进展。

钢铁冶金工业余热资源

我国的可资利用余热资源非常丰富。据不完全统计，主要行业工业余热约占工业总能耗的15％。

其中钢铁工业可回收的余热资源约为总能耗的50％。一座现代化的钢铁厂所排放出来的能量，有40％存在于各种介质的高温气体中，15％是低温蒸汽和热水，还有10％为辐射损失，可见其节能潜力很大，具体的余热种类、温度及来源见下表。

钢铁企业余热的种类、温度及来源(单位：℃)

余热种类成品放热/℃废气蒸汽或热水熔融物烧结

炼焦

炼铁

炼钢

连续铸造

分块压延

压延线材600～700

1000～1200

1200～1400

1200～1500

600～800

1100～1200

600～1200100～450

100～800

150～400

1000～1400

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500～800

500～800――

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40～60

40～60

40～60

40～60

40～60――

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1300～1500

1300～1500

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――

石油工业余热资源

石油加工过程中需消耗燃料、蒸汽、电力等各种能源。据统计，每加工1吨原油平均消耗燃料42.42千克，蒸汽570千克，电力34.5度。将它们统一折算相当于358104千焦，其中50％以上的能源消耗是通过各种油加热炉和蒸汽锅炉的烟气热、空气冷却器和水冷却器被排放而损失掉的，而且相当一部分还比较集中，可以利用。例如一座年产250万吨的炼油厂，通过空冷、水冷和烟道三方面排走的热量每小时高达480106千焦，其温度都在100℃～550℃范围内。

18.化工工业余热资源

虽然化工企业所消耗的能量约占总能耗的20％，但其能量利用率却不高。主要由于工序车间操作条件的改变，部分能量由于工艺物流的降温、降压而释放出来，成为废热和废功散失于周围环境中。以轻柴油和石脑油为原料的大型乙烯装置中，裂解气温度高达800℃左右。可以用来产生高压蒸汽。以重油为原料的合成氨厂中，汽化炉里进行强化放热反应，裂解气温度高达1350℃，也可以用来产生高压蒸汽。一套年处理量为240万吨的大型催化裂化装置，可供回收的能量达2万千瓦，除了可满足本装置主风机需要的巨大动力(1.5万千瓦)以外，尚有余力发电，供全厂使用。

由于世界性能源危机的冲击以及化工生产向大型化发展，促使将动力系统引入化工生产并和工艺系统密切结合。例如大型合成氨厂中由于采用了高压余热锅炉、蒸汽轮机及离心压缩机，可以达到基本上不需外供电，能量利用率从20世纪50年代的大约30％一下子提高到60％以上。

机械工业余热资源

机械行业中的加热设备和炉窑各种各样。余热资源也相当丰富，例如锻件加热炉的烟气温度高达1000℃以上。可利用余热锅炉产生蒸汽。蒸汽锻锤的排汽压力在大气压以上，而且数量也很大。如某汽车制造厂的锻造分厂锻锤排汽每小时就达13吨以上，每年损失热量折合标准煤5000多吨。又如各种热处理炉的排气温度达425℃～650℃，干燥炉和烘炉的排气温度达230℃～600℃，这些都是很好的余热资源。

其他工业余热资源

其他行业也有不少的余热资源，例如各类工厂供热系统产生的凝结水，以往多数不回收，由此造成的燃料浪费达8％。又如一些设备和部件的工业冷却水，水温为35℃～90℃，是极为广泛而大量的低温余热资源。下表为我国主要行业的余热资源情况。

我国主要行业的余热资源情况

行业余热资源来源占燃料耗

量的比例冶金轧钢加热炉、均热炉、平炉、转炉高炉、焙烧窑等33%以上化工化学反应热，如造气、变换气、合成气等的物理显热可燃化学热，如炭黑尾气、电石气等燃料热15%以上建材高温烟气、窑顶冷却、高温产品等约40%玻搪玻璃熔窑、搪瓷窑、坩埚窑等约20%造纸烘缸、蒸锅、废气、黑液等约15%纺织烘干机、浆纱机、蒸煮锅等约15%机械锻造加热炉、冲天炉、热处理炉及汽锤乏汽等约15%21.利用余热的一般方法

余热的回收利用方法，随余热源的形态(固体、液体、气体、蒸汽、反应热)和温度水平(高温、中温、低温)等各不相同。

尽管余热回收方式各种各样，但总体可分为热回收(直接利用热能)和动力回收(转变为动力或电力后再用)两大类。从回收技术难易程度看，利用余热锅炉回收气、液的高温余热比较容易，回收低温余热则比较困难。在回收余热时，首先应考虑到所回收余热要有用处和在经济上必须合算。如为了回收余热所耗费的设备投资甚多，而回收后的收益又不大时，就得不偿失了。通常进行回收余热的原则如下。

(1)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。如预热助燃空气、预热燃料或被加热物体(工质、工件)，以提高本设备的热效率，降低燃料消耗。

(2)在余热余能无法回收用于加热设备本身，或用后仍有部分可回收时，应用来生产蒸汽或热水，以及产生动力等。

(3)要根据余热的种类、排出的情况、介质温度、数量及利用的可能性，进行企业综合热效率及经济可行性分析，决定设置余热回收利用设备的类型及规模。

(4)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。