废热

机械设计学术语

废热，又称余热，是指人类在活动中因某种需要而生产制造的热能在利用结束后所排放的不再利用的热能就叫废热。废热利用最有意义的、最有价值的利用还是发电，但低温废热发电的技术相对落后，制约着它的进一步发展。

介绍

人类在活动中因某种需要而生产制造的热能在利用结束后所排放的不再利用的热能就叫废热或者叫余热。现代人类活动产生着大量的废热（余热），特别是工业生产活动是制造大量废热的主要原因，正是这些大量废热（余热）的排放，正在恶化着我们人类的生存环境。怎样减少和利用好这些废热（余热）是当前我们人类面对的生存环境重要问题之一。

工业废热排放大的行业如，水泥、钢铁、热电、陶瓷、有色金属等，这些行业不但是废热排放大户，而且也是温室气体排放的主要行业，同时也是碳足迹最大的行业。

利用现状

目前我国能源形势严峻的根本原因在于用能效率低下。我国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.3%、美国的 28.6%。我国工业用能中近 60～65%的能源转化为废热资源。目前废热利用最多的国家是美国，它的利用率达 60%，欧洲的利用率是 50%，我们国家只有 30%。就废热（余热）利用现状来看，我国还有很大的利用空间。

废热分为，高温废热（高于 800℃）、中温废热（350℃～800℃）、低温废热（350℃以下），我国低温废热占废热总量的约 60%多。

废热发电

随着世界范围内的能源紧缺，各国正致力于节能、减排，力争可持续的发展。基于能源紧缺的这样一个事实，废热利用的问题成了越来越重要的能源努力方向，各国都在加强这方面的投入和研究，希望获得更大、更多的收益。能源利用有多种途径和多种方法，但最重要的、最有意义的、最有价值的利用还是发电，但因废热发电特别是低温余发电的技术相对落后，制约着它的进一步发展。

我们中国的水泥、钢铁、陶瓷等高耗能产业发展迅速，代动了高、中温废热发电的快速发展，已经形成了比较完备的产业，但低温废热发电则刚刚开始。

有机工质循环发电系统

有机工质循环发电系统是区别于传统的以水(蒸汽)为循环工质的发电系统，采用有机工质（如 R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷等）作为循环工质的发电系统，由于有机工质在较低的温度下就能气化产生较高的压力，推动涡轮机（透平机）做功，故有机工质循环发电系统可以在烟气温度200℃左右，水温在80℃左右实现有利用价值的发电。这项技术在发达国家就是比较先进的应用技术，近年来我国有的企业通过引进吸收，也掌握了这项技术，也有较优秀的产品在国内外应用。

有机工质循环发电系统的效率高，构成简单，没有除氧、除盐、排污及疏放水设施。凝结器里一般处于略高于环境大气压力的正压，不需设置真空维持系统。透平进排气压力高，所需通流面积较小，透平尺寸小，易于小型化设计制造。管理维护费用低等优点。

斯特林热气机循环发电系统

斯特林发动机是早在1861年由英国人罗伯特·斯特林发明，斯特林发动机也称外燃机，和蒸汽机的历史差不多，它的特点首先是燃烧连续的，由于工质不参与燃烧，因此没有内燃机的爆震现象，噪音低；其次可以使用任何燃料，其燃烧室在外，燃烧的过程与工质无关，适用于各种热源，对燃烧方式无特殊要求，体积小、重量轻、寿命长、维护方便、燃烧效率高。

斯特林热气机循环发电系统是利用低温废热发电的废热回收装置，可回收100℃至300℃的废热，能达到20%的发电效率。从数据来看，其发电效率优于目前市场的低温蒸汽循环发电系统和有机工质发电系统的发电效率，该装置在100℃的废热条件下发电效率达7.3%，150℃的条件下发电效率达13.7%，200℃的条件下发电效率达18.4%，250℃的条件下发电效率达22.1%，300℃的条件下发电效率达25.0%。在这样的废热温度条件下能达到这样的发电效率是目前可以看到的最好的水平，达到了从低温热能转化为电能的先进的技术水平。

超临界二氧化碳循环发电系统

超临界二氧化碳发电系统是超临界二氧化碳液体为郎肯循环系统的工质，以二氧化碳透平专用涡轮机为核心技术的最新废热发电技术。此发电系统在废热发电方面有较宽泛的应用优势，各项技术指标都优于在用的水蒸汽浪肯循环系统和当前最先进的有机浪肯循环系统，特别是在发电效率和设备体积方面有着明显的优势。超临界二氧化碳热机是一种平台技术，目前可提供的功率范围为 250kWe 至 50MWe 的设计，效率可达 30%。应用范围包括燃气轮机、固定式动力发电机组、工业废热回收、太阳能热量、地热、混合内燃机等的循环热能。

目前国内工业企业的 350℃以下的低温废热占废热总量的 60%以上，因其利用价值较低，回收技术相对落后，回收率和回收价值低，且投资收回期长（6～7 年）而被大多数企业放弃。而宜科根公司的超临界二氧化碳发电技术，以其先进的技术使其有较高的废热发电效率和较低的投资成本，将会成为在中国普遍采用的低温废热发电技术。该技术以其多方面的优势和更低的碳足迹可以很快的替代更多的废热发电技术。

废热锅炉

废热锅炉是利用工业生产过程中的废热来生产蒸汽的锅炉。它属于一种高温、高压的换热器。废热锅炉较早是用来产生一些低压蒸汽，回收的热量有限，只是作为生产的一般辅助性设备。随着生产技术的发展，废热锅炉的参数逐渐提高，废热锅炉由生产低压蒸汽的工艺锅炉转变为生产高压蒸汽的动力锅炉。废热研究的新成果不断涌现研究的新成果不断涌现得在废热锅炉设计、制造、使用、安全管理等领域的研究的新成果不断涌现。

特点

废热锅炉与普通动力锅炉一样，都是生产动力蒸汽的一种高温高压设备，所不同的是热源不同。它不是采用煤油、天然气、煤等燃料，而是利用化工生产工艺气中的废热。因此，它既是一种能量回收装置，也是一种化工介质工艺设备。废热锅炉的共同特点是：操作条件比较恶劣( 如高温、高压、热流强度大，锅炉受压元件的热应力大等) ，并要求连续、稳定地安全运行，对高温工艺气的温度和冷却速度的控制要求十分严格。废热锅炉的运行比常规锅炉更复杂，废热锅炉利用的是废热，不仅是高温气体的显热，而且还利用某些废气中所含少量的可燃物质( 如一氧化碳、氢气、甲烷) 等化学热能。例如，催化裂解装置中再生器排出的再生气体，其温度可达550 ℃～750 ℃。另外催化裂解装置再生器排出的高温烟气中含有很多粉状催化剂。烟气中灰分含量高，不但对流受热面的磨损加剧，而且因为受热面积灰严重，需要经常除灰和定期停炉清扫，给生产带来一定困难。有些高温烟气中含有较多的二氧化硫和三氧化硫，使得烟气露点升高，受热面的低温腐蚀严重，检修工作量增加。

分类

在废热锅炉中进行的是热量传递的过程，因此废热锅炉的基本结构也是一具有一定传热表面的换热设备。但是由于化工生产中，各种工艺条件和要求差别很大，因此化工用的废热锅炉结构类型也是多种多样的。

1、按照炉管是水平还是垂直放置

废热锅炉可以分为卧式(大都采用火管式，即管内走高温工艺气体，而管外走饱和水或水蒸气) 和立式(比卧式锅炉水循环速度快，传热速率较高，蒸汽空间也较大，因此这种锅炉蒸发量大) 两大类。

2、按照锅炉操作压力的大小

废热锅炉可以分为低压(蒸汽压力在1.3MPa 以下) 、中压(蒸汽压力在1.4 —3.9MPa 范围内) 、高压(蒸汽力在4. 0 —10.0MPa 范围内) 三大类。

3、按结构和工艺用途来分类

（1）按照炉管的结构形式不同，废热锅炉可以分为：列管式、U 形管式、刺刀管式、螺旋盘管式以及双套管式等。

（2）按照其生产工艺或使用的场合不同，废热锅炉可以分为：重油气化废热锅炉、乙烯生产裂解气急冷废热锅炉、合成氨前置式、中置式或后置式废热锅炉等。

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