能源梯级利用

能源合理利用的一种方式

能源合理利用的一种方式。不管是一次能源还是余能资源，均按其品位逐级加以利用。高、中温蒸汽先用来发电（或用于生产工艺），低温余热用来向住宅供热。所谓能量品位的高低，是用它可转换为机械功的大小来度量。

基本概念

能源梯级利用（energy cascade use），由于热能不可能全部转换为机械功，因而，与机械能、电能相比，其品位较低。热功转换效率与温度高低有关，高温热能的品位高于低温热能。一切不可逆过程均朝着降低能量品位的方向进行。能源的梯级利用可以提高整个系统的能源利用效率，是节能的重要措施。

（1）干熄焦（CDQ）余热回收与发电技术

工作原理：从炭化室内推出的红热焦炭，在冷却室内与循环氮气相对运动，进行直接传热，红焦在冷却后经排焦设备排出；循环氮气升温到800℃左右，加热锅炉纯水产生蒸汽，供生产使用，多余部分经过发电机产生电力供入公司内部电网。全年干熄焦锅炉回收蒸汽可供应全厂94.6%中压蒸汽、33.3%低压蒸汽。

（2）烧结余热回收技术

余热回收工作原理：正常生产时烧结环冷机每小时产生320℃以上废气约50万m3，从烧结环冷机排气，经除尘器、与余热锅炉进行热交换产生蒸汽送蒸汽管网后，废气再经循环风机回气管接至环冷机继续冷却烧结矿。烧结余热回收蒸汽已成为公司重要蒸汽发生源之一。

（3）利用热管技术回收低温余热

大型高炉热风炉的排烟量高达40万m3/h左右，其平均排烟温度250℃以上，若降低到130℃，相当于每年可回收2万吨标准煤。

（4）转炉余热回收系统

工作原理是：转炉在冶炼过程中会产生大量约1450℃高温烟气，通过转炉汽化冷却装置，回收烟气余热产生蒸汽的同时，降低温度的转炉烟气送入除尘及煤气回收系统。产生的蒸汽供炼钢生产使用，多余部分供公司管网。

（5）热轧加热炉汽化冷却工艺

汽化冷却装置的循环水在加热炉冷却构件中吸热和变成汽水混合物，使冷却构件得到充分冷却。汽水混合物经汽包分离出的蒸汽，供区域自用，多余部分送至蒸汽管网。

（6）炉窑烟气余热锅炉

余热回收

（1）热水加热低沸点工质发电

根据热水温度较低的特点，通过余热锅炉加热液态低沸点循环工质，产生低沸点循环工质蒸汽，循环工质蒸汽进入膨胀机发电，发电后的循环工质通过冷凝器冷却成液体，再通过泵送入余热锅炉产生蒸汽。

（2）热水闪蒸产生饱和蒸汽发电

一定压力的热水进入扩容器后，由于压力降低闪蒸产生蒸汽，蒸汽从扩容器上部排出送入汽轮机发电。通常可以采用二级扩容方法提高系统发电效率。

余压回收

蒸汽差压发电通常可采用背压式汽轮机来实现，但其不仅对蒸汽品质有较高的要求，而且前期投资较高，难以适用于流量变化范围大、压力波动较大、品质较低的饱和蒸汽。此种情况下，可考虑采用螺杆膨胀机发电，螺杆膨胀机要求工作介质可以是过热蒸汽、饱和蒸汽、汽液两相或热液；工作介质的压力一般控制在1.5MPa以下；工作介质的温度一般控制在250℃以下。工作介质进入机内阴阳螺杆间齿槽，推动螺杆转动。随着螺杆转动，齿槽间的容积逐渐增大，介质降压降温膨胀做功，最后从齿槽末端排出。功率从主轴阳螺杆输出，或通过同步齿轮从阴螺杆输出，驱动发电机发电。蒸汽压差螺杆膨胀动力机发电热力系统，蒸汽进入螺杆膨胀机做功降压后，蒸汽进入低压管网送至工艺设备使用，热用户仅将减温减压阀作系统旁路备用。

3.4 其它技术

结合现场余热资源及热用户的具体情况，可考虑采用移动式蓄能供热技术增加供热距离，拓展热用户；采用热泵技术在内的热电冷三联产技术应用以提高系统能源利用效率。

梯级利用

能源的梯级利用包括按质用能和逐级多次利用两个方面：

（1）按质用能就是尽可能不使高质能源去做低质能源可完成的工作；在一定要用高温热源来加热时，也尽可能减少传热温差；在只有高温热源，又只需要低温加热的场合下，则应先用高温热源发电，再利用发电装置的低温余热加热，如热电联产。

（2）逐级多次利用就是高质能源的能量不一定要在一个设备或过程中全部用完，因为在使用高质能源的过程中，能源的温度是逐渐下降的（即能质下降），而每种设备在消耗能源时，总有一个最经济合理的使用温度范围。这样，当高质能源在一个装置中已降至经济适用范围以外时，即可转至另一个能够经济使用这种较低能质的装置中去使用，使总的能源利用率达到最高水平。

虽然能源梯级利用是针对发电和供热企业提出的，但可以广泛地扩展到制冷、深冷、化工、冶金等各种工业过程，必要时可用热泵来提高热源的温度品位后再利用。不同的企业对能量的等级要求是不一样的，可以根据各用能企业的能级需求的高低构成能量的梯级利用关系，高能级热源经上一级企业使用后降为低能级热源，供给需求低的企业使用。能量的梯级利用能够有效地满足各单位的用能需要，而不增加能源消耗，极大地提高能源利用率。

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