CN104457300B - 工业余热资源综合梯级利用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工业余热资源综合梯级利用方法，针对一工业区域中一工艺系统中的一设备，该方法包括：S1：“回用”，该设备工业生产中伴生余热资源优先被应用于该设备中；S2：“替代”，经过步骤S1，若有富余热能，则优先被应用到该设备所在工艺系统中，其次应用到所在工业区域内其它工艺系统中，最后应用到该工业区域外；S3；“提质”，经过步骤S1和S2，若还有富余热能未能被应用，则利用外部高品位能源提升富余热能品位；S4：“转换”，经过步骤S1至S3后，若还有富余热能未能被应用和提升，则将其转化为其他形式的能源。

Description

工业余热资源综合梯级利用方法

技术领域

本发明涉及能源高效利用领域，尤其涉及一种工业余热资源综合梯级利用方法。

背景技术

冶金、电力、化工、石油、水泥、轻工、制造工业等领域在生产同时伴生大量高、中、低温余热资源，除了部分回收外，大量未被回收的余热资源放散到大气或周边环境中，导致能源浪费、环境污染、成本上升等不利因素。余热资源回收与利用是工业节能领域长期研究热点和关注方向，甚至是某些行业企业发展和生存的关键要素。

目前工业等领域力图大力加强余热资源的回收与利用，但余热回收不彻底、利用效率低。具体问题包括：(1)高温余热资源回收低品位能源，导致能源“质”的损失；(2)没有考虑余热资源特点，利用单一技术仅“浅层”回收中高温余热，大量低温余热没有“深度”回收，导致余热回收效率低下；(3)缺乏系统优化，余热回收后，没有匹配用户使用而放散，导致“高效”回收、低效利用；(4)没有处理好不同利用方式对效率的影响，特别是热交换与能源转换之间效率差异，导致不必要的能源转换损失。导致工业等领域余热回收利用效率低下主要是因为能源梯级利用的基本理论与现场实践存在巨大鸿沟，基层能源管理缺少可以实际操作的能源梯级利用方法所致。

发明内容

本发明要解决的技术问题是基层能源管理缺少可实际操作的余热资源梯级利用方法，难以将能源梯级利用的基本理论应用到现场实践，从而导致工业余热回收利用率低。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种工业余热资源综合梯级利用方法，针对一工业区域中一工艺系统中的一设备，该方法包括：

S1：“回用”，该设备工业生产中伴生余热资源优先被应用于该设备中；

S2：“替代”，经过步骤S1，若有富余热能，则优先被应用到该设备所在工艺系统中，其次应用到所在工业区域内其它工艺系统中，最后应用到该工业区域外；

S3；“提质”，经过步骤S1和S2，若还有富余热能未能被应用，则利用外部高品位能源提升富余热能品位；

S4：“转换”，经过步骤S1至S3后，若还有富余热能未能被应用和提升，则将其转化为其他形式的能源。

可选的，在所述步骤S1中，通过以下措施至少之一实现余热资源的被应用：

热设备状态维护、高效燃烧、保温管理、空燃比控制优化、空气预热、燃料预热。

可选的，在所述步骤S2中，通过以下措施至少之一实现余热资源的被应用：

替代燃料、替代蒸汽、替代电力。

可选的，在所述步骤S3中，通过以下措施实现富余热能品位的提升：

热泵技术、蒸汽喷射技术、低质高用技术、再燃加热技术。

可选的，在所述步骤S4中，通过以下措施至少之一实现富余热能的转化：

余热发电、余热制冷。

可选的，在所述S1至S3三个步骤中，通过热交换或热量传递实现余热被应用。

本发明还提供了一种钢铁工业余热资源梯级利用方法，采用了本发明提供的余热资源梯级利用方法。

所述工艺系统至少包括焦化系统、烧结系统、球团系统、高炉系统、转炉炼钢系统、电炉炼钢系统、轧钢系统以及公用系统。

本发明综合考虑设备、系统、区域、社会四个不同范围，以及热量直接交换效率高、能源转换利用效率低的因素，提出一套系统设计方法，从而为工业区域余热资源综合梯级利用提供了具体可行措施，从而解决如何实现能源梯级利用的问题，实现余热资源综合梯级利用和能源利用效率最大化。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的工业余热资源综合梯级利用方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例中钢铁工业余热资源综合梯级利用方法的具体实施系统的示意图。

具体实施方式

以下将结合图1和图2对本发明提供的工业余热资源综合梯级利用方法进行详细的描述，其为本发明一可选的实施例，可以认为，本领域的技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内能够对其进行修改和润色。

在引入具体的技术方案前，先介绍下本发明的思路源头。

“因地制宜、分配得当、温度对口、梯级利用”是工业园区区域余热资源综合梯级利用“一个中心”原则，其中“因地制宜”是首要原则。所有梯级利用解决方案要优先考虑现场实际情况，因地制宜，合理妥协。

明确余热资源利用四个不同的范围，即设备、系统、区域、社会四个不同范围，为减少能源配置难度和运输能源消耗，明确余热资源利用按设备、系统、区域、社会的先后次序进行合理配置。

明确余热资源回收优先考虑能效较高的热量直接交换使用，即直接回用或间接换热使用，以分别替代设备、系统、区域、社会的外部能源消耗。其次才考虑会带来较大能源损失的能源转换方式。

在此基础上，请参考图1，本实施例提供了一种工业余热资源综合梯级利用方法，针对一工业区域中一工艺系统中的一设备，该方法可以进一步详细分为四个层级，该四个层级分别对应下文所述的四个步骤S1至S4，

该方法包括：

S1：即第一层级：“回用”，该设备工业生产中伴生余热资源优先被应用于该设备中；主要通过以下措施至少之一实现余热资源的被应用，当然也并不限于此：

热设备状态维护，指的是特定的热设备状态完好时，保持设备在热效率区域运行，减少设备余热资源发生量；

高效燃烧，指的是利用高效燃烧器提供燃烧效率，减少燃烧不完全损失，减少设备余热资源发生量；

保温管理，指的是指的是通过管理实现保温状态完好，减少散热损失，节约燃料，减少设备余热资源发生量；

空燃比控制优化，指的是通过控制优化，实现燃料与空气合理配比，既要防止无完全燃烧损失，又要避免过量空气系数偏大；

空气预热、燃料预热，指的是利用换热设备回收伴生余热预热设备所需的空气、燃料。

针对不同的设备可以采取以上不同的措施，本领域技术人员应能从上文的描述中知晓各措施具体的手段，不会导致不清楚的问题。

结合到图2示意的钢铁工业余热资源梯级利用方法中，可具体为利用换热器将余热资源回收利用到该设备中；

S2：即第二层级：“替代”，经过步骤S1，若有富余热能，则优先被应用到该设备所在工艺系统中，其次应用到所在工业区域内其它工艺系统中，最后应用到该工业区域外；

通过以下措施至少之一实现余热资源的被应用：

替代燃料、替代蒸汽、替代电力。

S3；第三层级：“提质”，经过步骤S1和S2，若还有富余热能未能被应用，则利用外部高品位能源提升富余热能品位，进而可以对提升后的富余热能进行利用；

在所述步骤S3中，通过以下措施实现富余热能品位的提升：

热泵技术，指的是热泵可以从低温热源中提取热量用于供热，实现低温余热与用户匹配；

蒸汽喷射技术，指的是依据利用外部能源提升低品位蒸汽品位(压力)实现富余低压蒸汽再利用。

低质高用技术，指的是利用低质能源替代原先采用高质能源的场合，实现能级匹配。

再燃加热技术，指的是利用燃料将低品位余热进行提升到用户需要的高品位热能进行利用。

当然，可采取的措施并不局限于此，领域内还有很多可供选择。

在所述S1至S3三个步骤中，通过热交换或热量传递实现余热被应用。

S4：第四层次：“转换”，经过步骤S1至S3后，若还有富余热能未能被应用和提升，则将其转化为其他形式的能源，主要措施包括余热发电、余热制冷。

在所述步骤S4中，通过以下措施至少之一实现富余热能的转化：

余热发电、余热制冷。

同之前三个层次一样，其具体的措施也不限于此。

对于如何实现四个层次的优先次序，举例来说，若热能的载体，即热源为液体或者气体，可以通过不同的管道分别连接到四个层次的四类能源利用设备上，通过开启和关闭液体或者气体流通的时间、次序等来控制优先次序。这并非本发明着力请求保护的内容，本发明对于四个层次的逐级利用才是重点。

在所述S1至S3三个步骤中，通过热交换或热量传递实现余热被应用。

对于第三层次和第四层次，并不对其应用于工业区域外、工业区域、工艺系统还是设备进行具体限定，只要满足利用外部高品位能源提升富余热能品位及将其转化为其他形式的能源即可。

请参考图2，其具体示意了一种钢铁系统中余热资源梯级利用的可行方案。其中以余热资源、回收技术、利用技术以及用能终端来示意整个能源的流转。从余热资源通过回收技术回收的热能以四个步骤进行分配，可以通过利用技术进行转移、转化、储能等处理。本方法主要涉及回收与利用两大环节，充分体现了余热资源特性、回收高效性、利用匹配性、用能终端经济性，体现了“一个中心、四个层级”系统设计思路，实现能源利用效率最大化。

在本实施例中，高温与低温的描述是相对的概念，所采用的系统设计思路是一致的，但由于高温与低温品位的差异，导致可利用技术手段不同。图2的实施例中，第一层级(S1)“回用”涉及设备本体内部，例如图中所示经换热器直接回用到设备的余热资源；第二层级(S2)“替代”有多处采用，例如：通过余热锅炉回收富余热能，替代钢铁生产工艺系统中外部过热蒸汽需求，图中的工艺供热与余热替代工艺用蒸汽都是这一层级。第三层级(S3)“提质”也有采用，例如图中所示的热泵技术。第四层级(S4)“转换”有多处采用，例如图中所示低温余热发电技术、有机工质朗肯发电、高效小型涡轮机、蒸汽背/差压发电等。

在本实施例中，所述工艺系统至少包括焦化系统、烧结系统、球团系统、高炉系统、转炉炼钢系统、电炉炼钢系统、轧钢系统以及公用系统。亦可表述为：所述工艺系统为焦化系统或烧结系统或球团系统或高炉系统或转炉炼钢系统或电炉炼钢系统或轧钢系统或公用系统。在明确这些系统名称的情况下，本领域技术人员应能知晓其具体指代的系统与系统中的设备。

综上所述，本发明综合考虑设备、系统、区域、社会四个不同范围，以及热量直接交换效率高、能源转换利用效率低的因素，提出一套系统规划方法，从而为工业园区区域余热资源综合梯级利用提供了具体可行措施，从而解决如何实现能源梯级利用的问题，从而实现余热资源综合梯级利用和能源利用效率最大化。

Claims (8)

1.一种工业余热资源综合梯级利用方法，针对一工业区域中一工艺系统中的一设备，该方法包括：

S1：“回用”，该设备工业生产中伴生余热资源优先被应用于该设备中；

S2：“替代”，经过步骤S1，若有富余热能，则优先被应用到该设备所在工艺系统中，其次应用到所在工业区域内其它工艺系统中，最后应用到该工业区域外；

S3；“提质”，经过步骤S1和S2，若还有富余热能未能被应用，则利用外部高品位能源提升富余热能品位；

S4：“转换”，经过步骤S1至S3后，若还有富余热能未能被应用和提升，则将其转化为其他形式的能源。

2.如权利要求1所述的工业余热资源综合梯级利用方法，其特征在于：在所述步骤S1中，通过以下措施至少之一实现余热资源的被应用：

热设备状态维护、高效燃烧、保温管理、空燃比控制优化、空气预热、燃料预热。

3.如权利要求1所述的工业余热资源综合梯级利用方法，其特征在于：在所述步骤S2中，通过以下措施至少之一实现余热资源的被应用：

替代燃料、替代蒸汽、替代电力。

4.如权利要求1所述的工业余热资源综合梯级利用方法，其特征在于：在所述步骤S3中，通过以下措施实现富余热能品位的提升：

热泵技术、蒸汽喷射技术、低质高用技术、再燃加热技术。

5.如权利要求1所述的工业余热资源综合梯级利用方法，其特征在于：在所述步骤S4中，通过以下措施至少之一实现富余热能的转化：

余热发电、余热制冷。

6.如权利要求1所述的余热资源综合梯级利用方法，其特征在于：在所述S1和S3步骤中，通过热交换或热量传递实现余热被应用。

7.一种钢铁工业余热资源梯级利用方法，其特征在于：采用了如权利要求1至6任意之一所述的余热资源梯级利用方法。

8.如权利要求7所述的钢铁工业余热资源梯级利用方法，其特征在于：所述工艺系统至少包括焦化系统、烧结系统、球团系统、高炉系统、转炉炼钢系统、电炉炼钢系统、轧钢系统以及公用系统。