余熱是在一定經(jīng)濟技術(shù)條件下，在能源利用設(shè)備中沒有被利用的能源，也就是多余、廢棄的能源。它包括高溫廢氣余熱、冷卻介質(zhì)余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余熱、化學(xué)反應(yīng)余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流體余壓等七種。根據(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%-67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。 玻璃、冶金、冶煉、石化、建材、陶瓷、輕紡等行業(yè)中具有280℃以上煙氣(或其他高溫污染氣體)的余熱回收。即只要是排煙溫度高于280℃的工業(yè)鍋爐、流化床鍋爐、導(dǎo)熱油爐、冶煉爐、冶金爐、高爐熱風(fēng)爐、加熱爐，以及化肥廠、造紙廠都可應(yīng)用。

余熱回收利用是提高經(jīng)濟性、節(jié)約燃料的一條重要途徑?；痣姀S的生產(chǎn)過程中存在各種余熱。譬如,鍋爐排污熱量、除氧器排氣及汽封排汽等余熱。這類余熱屬于攜帶工質(zhì)的分熱,通常在回收利用熱量的同時。還將回收部分工質(zhì):另一類余熱,它們只有熱量可以利用,不存在工質(zhì)的回收,譬如,發(fā)電機損失的熱量、冷油器帶走的熱量以及鍋爐排煙的余熱等。這類余熱屬于純熱量回收利用。 余熱的可利用性和價值決定于它的產(chǎn)量和質(zhì)量兩個方面。余熱的數(shù)量是指余熱量的大小,余熱的質(zhì)量是指余熱的品位高低,可以用它的溫度、壓力以及攜帶熱量的介質(zhì)給于表征。余熱品位愈高,數(shù)量越大它的可利用性和價值也就愈大。 余熱的可利用性和價值不等于余熱利用的效果。前者是指余熱本身的品質(zhì)和性質(zhì),它僅表示余熱具有的可用性,但并不表示余熱利用的有效性。后者不全由余熱本身品質(zhì)所決定,還決定于余熱利用的場所、環(huán)境以及利用的方法,即決定于使用余熱的對象和條件。譬如,余熱作為熱量利用就比作為功能利用的效果好。因為,熱變功要付出冷源損失的代價。 火電廠熱系統(tǒng)由于存在各種能級,因而為選擇余熱利用的場所提供了較大的自由度。

節(jié)能降耗是冶金企業(yè)長期的戰(zhàn)略任務(wù)。冶金企業(yè)從原料、焦化、燒結(jié)到煉鐵、煉鋼、連鑄以及軋鋼的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含有可利用熱量的廢氣、廢水、廢渣，同時在各工序之間存在著含有可利用能量的中間產(chǎn)品和半成品。充分回收和利用這些能量，是企業(yè)現(xiàn)代化程度的標(biāo)志之一。

在各種工業(yè)爐窯的能量支出中，廢氣余熱約占15%~35%，這些廢氣凈化處理后是一種輸送和使用方便、燃燒后又無需排渣和除塵、不易造成環(huán)境污染的優(yōu)質(zhì)能源。若能按工藝要求提供合適熱值的煤氣作能源，還有利于改善產(chǎn)品質(zhì)量。但是由于企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和工業(yè)爐窯配置等原因，目前我國許多冶金企業(yè)仍排放大量廢氣。這是造成企業(yè)能源消耗高的一個重要原因。余熱利用

余熱回收種類及原則

冶金企業(yè)常用的廢氣余熱利用方式有:①安裝換熱器;②在換熱器后安裝余熱鍋爐;③爐底管汽化冷卻;④發(fā)電(熱電聯(lián)產(chǎn));⑤制冷?；厥蘸蟮臒崃恐饕糜陬A(yù)熱助燃空氣、預(yù)熱煤氣和生產(chǎn)蒸汽。對電爐而言，預(yù)熱廢鋼或進料可減少電爐的電能消耗，縮短熔煉時間;對加熱爐而言，預(yù)熱空氣、燃料或工件，煙氣余熱返回爐內(nèi)，可使火焰穩(wěn)定、提高燃料溫度和燃燒效率以及爐子的熱效率。

工業(yè)爐窯余熱回收差的原因，除了排煙溫度高和換熱器能力小之外，鮮為人注意的是煙氣和熱風(fēng)的顯熱未能有效保存，煙氣由爐膛冒出、吸入冷風(fēng)，地下煙道漏水、漏氣，旁通煙道短路和管道絕熱不良，使多數(shù)爐子在回收裝置前的煙氣熱損失高達30%~50%，回爐熱風(fēng)的顯熱損失為20%~33%。針對這種情況，提出了一系列降低出爐煙溫的措施和能充分保存與回收余熱的排煙-供風(fēng)系統(tǒng)，使上述兩項熱損失分別降到5%和3%左右，同時開發(fā)了各種高效、經(jīng)濟的換熱器和能使用全熱風(fēng)的燃燒裝置，回收后煙溫可下降到180~250℃，不再需要安裝價格昂貴而利用率不高的余熱鍋爐，使?fàn)t氣余熱從爐外回收轉(zhuǎn)到爐內(nèi)回收的方向來，正是在這種形勢下提出了"余熱全自回收"的新概念:首先設(shè)法降低爐子排出的煙溫和煙量，并使余熱回收過程中的各項熱損失減少，然后通過高效換熱器將余熱最大限度地回收并全部送入爐內(nèi)。

利用方式

(1)燒結(jié)廢氣

在鋼鐵生產(chǎn)過程中，燒結(jié)工序的能耗約占總能耗的10%，僅次于煉鐵工序而位居第二。在燒結(jié)工序總能耗中，有近50%的熱能以燒結(jié)機煙氣和冷卻機廢氣的顯熱形式排入大氣，既浪費了熱能又污染了環(huán)境。由于燒結(jié)廢氣的溫度不高，以往人們對這部分熱能的回收利用重視不夠。但實際上大有文章可做，因為燒結(jié)廢氣不僅數(shù)量大，而且可供回收的熱量也大。不過，燒結(jié)余熱回收裝置的投資費用較大，是否對燒結(jié)機或冷卻機實施余熱回收還需要視全廠的蒸汽需要情況進行技術(shù)經(jīng)濟分析后才能作出決斷。冷卻機廢氣屬于中低溫?zé)嵩?，其中中溫部?大于300℃)的開發(fā)技術(shù)比較成熟，用作點火器或保溫爐的助燃風(fēng)，生產(chǎn)蒸汽或余熱發(fā)電。而低溫部分(200℃左右，約占廢氣的2/3)，由于熱效率低，應(yīng)用的很少。

(2)高爐煤氣

高爐煤氣的回收利用比其它廢氣的回收利用意義更為重大，因為這涉及到冶金企業(yè)的氣體燃料平衡、減少燒油等重要的能源問題，所以是廢氣余熱、余能回收利用的重點之一，應(yīng)當(dāng)加快進程。對鋼鐵聯(lián)合企業(yè)來說，目標(biāo)應(yīng)當(dāng)是努力降低高爐煤氣的放散率，增加混合煤氣量，或采用低熱值煤氣燃燒技術(shù)將其用于軋鋼加熱爐;對獨立鐵廠而言，則應(yīng)盡快建設(shè)高爐煤氣電站。高爐煤氣屬于超低熱值燃料，且氣源壓力不穩(wěn)定，不適宜遠距離輸送或用作城市生活煤氣，回收利用有較大的難度，除熱風(fēng)爐和鍋爐外，目前只能用于復(fù)熱式加熱的焦?fàn)t和具有雙預(yù)熱功能的軋鋼加熱爐。轉(zhuǎn)換利用高爐煤氣的常用方式是燃燒發(fā)電。

高爐的大型化使高爐煤氣的產(chǎn)量成倍增加，燃用高爐煤氣的中低參數(shù)發(fā)電機組從鍋爐容量和能源的利用率等方面均已不能滿足需要，因此，發(fā)展高參數(shù)大容量全燃高爐煤氣發(fā)電機組勢在必行。近年來，我國在回收利用高爐煤氣方面作了不少工作，但是放散率仍然較高。許多企業(yè)在大量放散高爐煤氣的同時，工業(yè)爐窯及熱工設(shè)備都在燃用高價油和優(yōu)質(zhì)煤，不僅浪費能源、污染環(huán)境，而且提高了生產(chǎn)成本。解決煤氣放散的根本措施是鋼鐵廠應(yīng)普遍采用煤和煤氣兩用鍋爐作為煤氣的緩沖用戶。

因為冶金企業(yè)均有一定規(guī)模的熱(蒸汽)用戶，而熱電聯(lián)產(chǎn)又是鍋爐蒸汽既靈活又便利的出路。這樣，富余的煤氣經(jīng)鍋爐轉(zhuǎn)換為蒸汽，在滿足供熱的同時，根據(jù)需要和可能還可以部分地轉(zhuǎn)化為電力供生產(chǎn)使用，從而緩解企業(yè)用電的緊張局面，減少企業(yè)的一次能源消耗，具有節(jié)能和降低成本的雙重經(jīng)濟效益。

高爐煤氣的超低熱值并呈降低趨勢是限制高爐煤氣使用的最重要原因。1965年高爐煤氣的平均熱值為4180kJ/m3，而現(xiàn)在我國大型高爐的煤氣熱值已降到3135kJ/m3，中、小高爐分別降到3340~3550和3760~3970kJ/m3。它們在不預(yù)熱時的理論燃燒溫度分別為1236、1290和1420℃〔4〕。隨著高爐原料條件的進一步改善、裝備水平及操作水平的日益提高，高爐煤氣的發(fā)熱值會越來越低，

解決這個問題的主要途徑有:

①在熱風(fēng)爐煙道中安裝換熱器，預(yù)熱助燃空氣及高爐煤氣，從而達到提高燃燒溫度和熱效率的目的。200~300℃煙氣可使助燃空氣的預(yù)熱溫度達到150℃以上，高爐煤氣的預(yù)熱溫度達到100℃以上。

②富氧燃燒也是提高燃燒溫度的有效措施之一。以熱值為3767kJ/m3的高爐煤氣為例，若把空氣中的含氧量從21%提高到30%，其理論燃燒溫度可達1900℃左右，相當(dāng)于空氣、煤氣雙預(yù)熱到950℃的效果。在有條件的企業(yè)，富氧燃燒較之安裝換熱器技術(shù)經(jīng)濟上更為有利。余熱利用

(3)轉(zhuǎn)爐煤氣

與先進國家接近100%的轉(zhuǎn)爐煤氣回收利用率相比，我國轉(zhuǎn)爐煤氣的利用水平仍有很大差距，回收利用率只有55%。

由于轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)呈周期性，因此排出的煙氣余熱也是間斷的、周期性的，使轉(zhuǎn)爐余熱鍋爐只能間斷地產(chǎn)生蒸汽。為使間斷供氣變?yōu)檫B續(xù)的、穩(wěn)定的氣源，以利于用戶使用和轉(zhuǎn)爐冶金工廠鍋爐的負荷穩(wěn)定，可以在供氣系統(tǒng)中設(shè)置蒸汽蓄熱器，這樣一般可提高鍋爐熱效率3%~5%。

影響轉(zhuǎn)爐煤氣回收的原因之一是轉(zhuǎn)爐煤氣回收過程中存在不安全因素。這是由于轉(zhuǎn)爐煤氣回收工藝和轉(zhuǎn)爐煤氣本身的特性所決定的。在高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣、發(fā)生爐煤氣、天然氣和轉(zhuǎn)爐煤氣中，轉(zhuǎn)爐煤氣的毒性最大，其CO含量高達70%。此外，轉(zhuǎn)爐煤氣的斷續(xù)生產(chǎn)性使得生產(chǎn)過程中很容易發(fā)生事故并增大了回收利用的難度。但是只要掌握轉(zhuǎn)爐煤氣的特性和生產(chǎn)規(guī)律并采取相應(yīng)的措施，是完全可以做到安全回收的。

(4)電爐煙氣

在電弧爐的熱平衡中，煙氣顯熱一般占電爐熱量的20%。目前，國內(nèi)電弧爐煙氣的余熱利用尚不普及?；厥绽秒姞t煙氣常用的兩種裝置是廢鋼預(yù)熱器和余熱鍋爐。從二者回收能量的數(shù)量來看，余熱鍋爐回收的熱能較多(為預(yù)熱廢鋼的2.5倍);但若從能量質(zhì)量的角度看，則是預(yù)熱廢鋼的方式高，即預(yù)熱廢鋼回收的熱量中可用能較多、能級較高、熱價較高;從主體設(shè)備的生產(chǎn)工藝來看，也以預(yù)熱廢鋼為優(yōu)。因為電爐煉鋼是以煉鋼為目的，回收廢氣余熱來預(yù)熱廢鋼具有綜合效益。

(5)軋鋼加熱爐煙氣

目前，我國軋鋼加熱爐煙氣余熱回收率平均為20%~25%。重點冶金企業(yè)略高些，地方中小企業(yè)要低一些。寶鋼軋鋼加熱爐煙氣的余熱回收率已達到45%以上〔10〕。截止到1992年，國內(nèi)有代表性的33個冶金企業(yè)200座軋鋼加熱爐的助燃空氣平均溫度已上升到276℃，比1985年提高了24.3%。但是進一步提高助燃空氣的預(yù)熱溫度還有很大的潛力。

對軋鋼加熱爐的煙氣余熱應(yīng)該隨煙溫的由高到低逐級回收利用。對出爐溫度為650~800℃的高溫?zé)煔?，可以通過各種換熱器預(yù)熱空氣或煤氣，換熱器后400~500℃左右較難回收的中溫?zé)煔饪梢酝ㄟ^熱管或余熱鍋爐進一步回收利用。在我國現(xiàn)有的技術(shù)水平條件下，排入煙囪的最佳煙溫為150~180℃，工業(yè)先進國家(如日本)已經(jīng)做到排入煙囪的煙溫小于100℃。

從國內(nèi)若干冶金企業(yè)軋鋼加熱爐用換熱器的使用情況來看，第一，大部分冶金企業(yè)已經(jīng)能控制和掌握煙氣在經(jīng)濟煙溫下出爐，基本解決了煙氣出爐溫度過高的問題;第二，預(yù)熱空氣的溫度比過去提高100℃左右，達到400~500℃，溫度效率接近60%;第三，換熱器的綜合傳熱系數(shù)一般都在20W/(m2.K)以上，有的達到30W/(m2.K)。在回收同樣熱量的情況下，現(xiàn)用換熱器的換熱面積和單位體積都比過去有所減少。