近年來，我國工業領域內的余熱資源，特別是高溫和中溫余熱資源利用取得顯著效果。但是，與發達國家相比，工業領域內的低溫余熱資源(低品味余熱資源)利用還有一定的差距，且行業內不同企業之間也很不均衡。隨著節能工作的不斷深入，低溫余熱資源的利用日益成為節能工作的一個熱點和難點，本文分析了低品味余熱資源的特點，總結了目前的利用方式和技術進展。

1、余熱資源等級劃分

工業余熱主要指工業企業熱能轉換設備及用能設備在生產過程中排放的廢熱、廢水、廢氣等低品位能源。余熱資源普遍存在于鋼鐵、化工、石油、建材、輕工和食品等行業，這些行業都存在豐富的等級不同的余熱資源，利用余熱回收技術將這些低品位能源加以回收利用，是節能的重要手段之一。按照余熱資源載體的溫度高低，可以把余熱資源按品味進行劃分，溫度高則代表余熱資源的可做功能力高，即便是直接傳熱也可以方便利用，即是所謂“高品位余熱資源”。溫度低，則代表該余熱資源品味較低。

低品位余熱資源利用方式的探討

現在工業企業中品味較高的高溫和中溫余熱資源絕大部分得到了很好的利用，對低品位余熱資源的利用也已經進行了不少探索。但是總的來說，低品位余熱資源的利用還處于起步階段。

2、低品位余熱資源的來源及利用難點

余熱資源的主要來源為：①煙氣的余熱;②高溫產品和爐渣的余熱;③冷卻介質的余熱;④可燃廢氣、廢液和廢料的余熱;⑤廢汽、廢水余熱;⑥化學反應余熱。比較典型的低品位余熱資源有：① 鍋爐(加熱爐)等排放的煙氣，一般在140~180℃;②高爐渣、煉鋼渣的沖渣水，溫度在60~9 0℃;③循環冷卻水，大部分在30~50℃;油田采出水，在30~60℃。低品位余熱資源的利用難點在于：①大部分低品位余熱資源含有腐蝕性的物質，對設備長期安全運行構成不小的影響;②有的低品位余熱資源具有間歇性的特點，難于連續運行;③由于品味較低，難以在現場附近尋找到合適的供熱(冷)負荷;④用于發電，效率較低，技術還有待成熟，經濟效益偏低。

3、低品位余熱資源的利用方式探討

低品位余熱資源的利用可以分為直接熱利用、制冷制熱和熱功轉換三種方式。

3.1 直接熱利用

熱交換技術設備對低溫余熱的利用不改變余熱能量的形式，只是通過換熱設備將余熱能量直接傳給自身工藝的耗能過程，是余熱回收直接高效的方法之一。由于低溫余熱資源溫度較低，需要找到合適的利用場合，還要考慮輸送過程中的損耗因素。

比較常見的有：循環水(油田采出水、高爐沖渣水等)用于采暖供熱、鍋爐煙氣用于余熱空氣(或給水)、加熱爐煙氣余熱用于加熱物料等。

宣鋼、首鋼、濟鋼、太鋼等企業都開展了高爐沖渣水用于居民采暖供熱的工程項目，取得了很好的節能效果。首鋼京唐鋼鐵公司將高爐沖渣水用于海水淡化，成功解決了低溫余熱回收裝置的全年長期運行問題，這是一種十分合理的利用方式。在電力行業中，國外最早是德國和日本開始使用鍋爐煙氣余熱回收裝置，國內上海外高橋發電廠三期、大唐寧德電廠、上海漕涇電廠等都成功采用了鍋爐煙氣余熱回收裝置，提升了鍋爐運行效率。北京市的部分鍋爐房，在燃用天然氣的鍋爐尾部煙道安裝低溫省煤器，降低了天然氣用量。有的油田也進行了油田采出水供熱的嘗試。

3.2 制冷制熱

在直接熱交換沒有合適的利用場合的情況下，也可以將低溫余熱用于吸收式制冷或者熱泵制熱，改變余熱能量的等級。

清華大學和江蘇雙良分別開發了利用電廠循環水做熱泵的熱源，使用少量的抽汽作為驅動能源，采用熱泵將循環水溫度提升到95℃以后送入城市供熱管網，節能效果顯著。化工企業需要制冷的工藝裝置較多，利用溴化鋰吸收式制冷裝置，利用余熱作為熱源，制取冷量作為生產使用，也是非常合理的利用低溫余熱的節能措施。不過，一般來說，除了化工企業內部能實現低溫余熱自用以外，其他企業的低溫余熱資源本企業內部消化都有一定的難度，一般都需要和本企業以外的區域產生聯系，才能充分利用低品位余熱資源。

3.3 熱功轉換

熱功轉換就是將低品位余熱資源轉換為機械能或者電能加以利用。一般來說，如果低品位余熱資源在“直接熱利用”或者“制冷制熱”兩種方式都存在較大困難的前提下，熱功轉換不失為一種選擇。如果僅轉換為機械能，則需要在余熱資源利用現場有合理的機械負載。進一步轉換為電能，則可以進行稍遠一些的輸送，使用方式更加靈活。

熱功轉換的主要技術手段為螺桿膨脹機發電技術、汽輪機發電技術(使用有機工質)、飽和蒸汽發電\拖動技術等。由于低品位余熱資源的品味較低，用于熱功轉換的能源利用效率很低，很多時候經濟效益不是十分明顯，需要進行詳細的技術經濟比較。

4、低品位余熱資源利用的關鍵技術

4.1 以相變換熱為代表的高效熱管換熱技術

低品位余熱資源的利用由于溫差較小，通常要使用較大的傳熱面積，這也代表著鋼材使用量的增加和占地面積的增加，使得傳統換熱器并不適合于低品位余熱資源的利用場合。而采用相變換熱為基礎的高效熱管換熱技術，能夠大大提高傳熱系數，減少鋼材的耗量，同時也便于控制受熱面的壁面溫度。

4.2 換熱器耐腐蝕\磨損技術

工業余熱資源普遍存在腐蝕性的因素，煙氣里面含有酸性氣體和粉塵，廢水中含有氯離子等。這些腐蝕性因素對換熱器的長期穩定運行構成嚴重的影響。要想利用低品位余熱，就必須解決好腐蝕問題，采用特定的換熱器材質，合理布置換熱器的結構，都有助于減緩換熱器的腐蝕，也要注意換熱器利用的經濟性。

4.3 熱泵及低溫余熱溴化鋰制冷技術

使用熱泵及低溫余熱溴化鋰制冷，可以將低溫余熱升級利用，但是也面臨提高能效利用效率和受熱面腐蝕的問題，需要在熱泵和溴化鋰制冷機的設計中考慮這一問題。


4.4 螺桿膨脹機發電技術

螺桿膨脹動力機技術作為低品位發電減排技術，螺桿膨脹機是一種容積式發動機，能夠利用過熱蒸汽、飽和蒸汽、熱水、熱液和其他熱源等，可以使用70℃以上的熱水和130℃(也有資料介紹在180～20 0℃)以上的不含硫煙氣作為熱源，也可以使用低壓蒸汽。由于結構特點，螺桿膨脹機的單機功率有限，多在1000kW以下，適合于余熱資源較少的場合。

這項技術仍然在不斷完善，主要是自用電較大，發電效率較低，使得發電利用的經濟性受到一定的影響。國內有江西華電、杭州開山股份等公司有相關產品。


4.5 有機朗肯循環發電及其它低溫發電技術

對于工業中大量存在的200 ℃，甚至300℃以下的低品位余熱，難以使用常規的蒸汽/飽和蒸汽/熱水作為工質進行發電利用。這時候，可以考慮采用有機工質循環方案。

有機朗肯循環(ORC) 不是用水作工質，而是使用低沸點的有機物為工質來吸收廢氣余熱，汽化，進入汽輪機膨脹做功，帶動發電機發電，系統簡單緊湊。目前采用的工質有機工質有正丁烷、氯乙烷等低溫沸點有機物，也有的采用有機工質的混合物。此項技術國外研究較多，美國、德國、日本等都有專業從事ORC 技術研發利用的企業。我國目前這項技術正處于發展之中，目前杭州汽輪機公司、清華大學和其他一些單位正在做研究工作。其他低溫發電技術，包括Kalina循環發電等，使用的工質是氨水混合物。理論上Kali n a循環發電比ORC的發電效率高出15%，但是實際運行中并沒有很明顯的優勢。


5、低溫余熱回收利用的原則

從盡可能充分利用低品位余熱資源的角度出發，建議低溫余熱資源利用遵循以下原則：

(1)首先應該盡可能優化生產工藝，合理組織換熱流程，降低工藝用能，在生產工藝中盡可能地減少低溫余熱的產生。

(2)低溫余熱資源的利用要綜合考慮廠區內和周邊地區的工業、民用等用熱(冷、電)需求，不能孤立地考慮，利用的時候應按照用戶距離“先近后遠”及利用周期“優先長周期”的原則，做好利用規劃。

(3)低溫余熱資源的利用應根據余熱的品質、數量和用戶需求，按照能級匹配的方式實現梯級利用，盡可能減少傳熱溫差。

(4)在低溫余熱資源的利用方式，按照“直接熱利用—制冷制熱—熱功轉換”的順序，合理安排利用方式。

(5)具體設計利用方案時，還要考慮是否傳熱元件的耐腐蝕性和利用技術成熟度，做好經濟效益分析和對比。

6、結論和建議

在設計低品位余熱資源利用方案時，應該首先調查廠區內及周邊地區的用熱(冷)需求，按照前述的原則，綜合制定利用方案，再選擇經濟上可行、技術上合理的利用方案加以實施。