廢熱

人類在活動中因某種需要而生產製造的熱能在利用結束後所排放的不再利用的熱能就叫廢熱或者叫餘熱。現代人類活動產生着大量的廢熱（餘熱），特別是工業生產活動是製造大量廢熱的主要原因，正是這些大量廢熱（餘熱）的排放，正在惡化着我們人類的生存環境。怎樣減少和利用好這些廢熱（餘熱）是當前我們人類面對的生存環境重要問題之一。

工業廢熱排放大的行業如，水泥、鋼鐵、熱電、陶瓷、有色金屬等，這些行業不但是廢熱排放大户，而且也是温室氣體排放的主要行業，同時也是碳足跡最大的行業。 ^[1] 

目前我國能源形勢嚴峻的根本原因在於用能效率低下。我國每噸標準煤的產出效率僅相當於日本的10.3%、美國的 28.6%。我國工業用能中近 60～65%的能源轉化為廢熱資源。目前廢熱利用最多的國家是美國，它的利用率達 60%，歐洲的利用率是 50%，我們國家只有 30%。就廢熱（餘熱）利用現狀來看，我國還有很大的利用空間。

廢熱分為，高温廢熱（高於 800℃）、中温廢熱（350℃～800℃）、低温廢熱（350℃以下），我國低温廢熱佔廢熱總量的約 60%多。 ^[1] 

隨着世界範圍內的能源緊缺，各國正致力於節能、減排，力爭可持續的發展 。基於能源緊缺的這樣一個事實，廢熱利用的問題成了越來越重要的能源努力方向，各國都在加強這方面的投入和研究，希望獲得更大、更多的收益。能源利用有多種途徑和多種方法，但最重要的、最有意義的、最有價值的利用還是發電，但因廢熱發電特別是低温餘發電的技術相對落後，制約着它的進一步發展。

我們中國的水泥、鋼鐵、陶瓷等高耗能產業發展迅速，代動了高、中温廢熱發電的快速發展，已經形成了比較完備的產業，但低温廢熱發電則剛剛開始。 ^[2] 

有機工質循環發電系統

有機工質循環發電系統是區別於傳統的以水(蒸汽)為循環工質的發電系統，採用有機工質（如 R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷等 ）作為循環工質的發電系統，由於有機工質在較低的温度下就能氣化產生較高的壓力，推動渦輪機（透平機）做功，故有機工質循環發電系統可以在煙氣温度200℃左右，水温在80℃左右實現有利用價值的發電。這項技術在發達國家就是比較先進的應用技術，近年來我國有的企業通過引進吸收，也掌握了這項技術，也有較優秀的產品在國內外應用。

有機工質循環發電系統的效率高，構成簡單，沒有除氧、除鹽、排污及疏放水設施。凝結器裏一般處於略高於環境大氣壓力的正壓，不需設置真空維持系統。透平進排氣壓力高，所需通流面積較小，透平尺寸小，易於小型化設計製造。管理維護費用低等優點。 ^[2] 

斯特林熱氣機循環發電系統

斯特林發動機是早在1861年由英國人羅伯特·斯特林發明，斯特林發動機也稱外燃機，和蒸汽機的歷史差不多，它的特點首先是燃燒連續的，由於工質不參與燃燒，因此沒有內燃機的爆震現象，噪音低；其次可以使用任何燃料，其燃燒室在外，燃燒的過程與工質無關，適用於各種熱源，對燃燒方式無特殊要求，體積小、重量輕、壽命長、維護方便、燃燒效率高。

斯特林熱氣機循環發電系統是利用低温廢熱發電的廢熱回收裝置，可回收100℃至300℃的廢熱，能達到20%的發電效率。從數據來看，其發電效率優於目前市場的低温蒸汽循環發電系統和有機工質發電系統的發電效率，該裝置在100℃的廢熱條件下發電效率達7.3%，150℃的條件下發電效率達13.7%，200℃的條件下發電效率達18.4%，250℃的條件下發電效率達22.1%，300℃的條件下發電效率達25.0%。在這樣的廢熱温度條件下能達到這樣的發電效率是目前可以看到的最好的水平，達到了從低温熱能轉化為電能的先進的技術水平。 ^[2] 

超臨界二氧化碳循環發電系統

超臨界二氧化碳發電系統是超臨界二氧化碳液體為郎肯循環系統的工質，以二氧化碳透平專用渦輪機為核心技術的最新廢熱發電技術。此發電系統在廢熱發電方面有較寬泛的應用優勢，各項技術指標都優於在用的水蒸汽浪肯循環系統和當前最先進的有機浪肯循環系統，特別是在發電效率和設備體積方面有着明顯的優勢。超臨界二氧化碳熱機是一種平台技術，目前可提供的功率範圍為 250kWe 至 50MWe 的設計，效率可達 30%。應用範圍包括燃氣輪機、固定式動力發電機組、工業廢熱回收、太陽能熱量、地熱、混合內燃機等的循環熱能。

目前國內工業企業的 350℃以下的低温廢熱佔廢熱總量的 60%以上，因其利用價值較低，回收技術相對落後，回收率和回收價值低，且投資收回期長（6～7 年）而被大多數企業放棄。而宜科根公司的超臨界二氧化碳發電技術，以其先進的技術使其有較高的廢熱發電效率和較低的投資成本，將會成為在中國普遍採用的低温廢熱發電技術。該技術以其多方面的優勢和更低的碳足跡可以很快的替代更多的廢熱發電技術。 ^[2] 

廢熱鍋爐是利用工業生產過程中的廢熱來生產蒸汽的鍋爐。它屬於一種高温、高壓的換熱器。廢熱鍋爐較早是用來產生一些低壓蒸汽，回收的熱量有限，只是作為生產的一般輔助性設備。隨着生產技術的發展，廢熱鍋爐的參數逐漸提高，廢熱鍋爐由生產低壓蒸汽的工藝鍋爐轉變為生產高壓蒸汽的動力鍋爐。廢熱研究的新成果不斷湧現研究的新成果不斷湧現得在廢熱鍋爐設計、製造、使用、安全管理等領域的研究的新成果不斷湧現。

廢熱鍋爐與普通動力鍋爐一樣，都是生產動力蒸汽的一種高温高壓設備，所不同的是熱源不同。它不是採用煤油、天然氣、煤等燃料，而是利用化工生產工藝氣中的廢熱。因此，它既是一種能量回收裝置，也是一種化工介質工藝設備。廢熱鍋爐的共同特點是：操作條件比較惡劣( 如高温、高壓、熱流強度大，鍋爐受壓元件的熱應力大等) ，並要求連續、穩定地安全運行，對高温工藝氣的温度和冷卻速度的控制要求十分嚴格。廢熱鍋爐的運行比常規鍋爐更復雜，廢熱鍋爐利用的是廢熱，不僅是高温氣體的顯熱，而且還利用某些廢氣中所含少量的可燃物質( 如一氧化碳、氫氣、甲烷) 等化學熱能。例如，催化裂解裝置中再生器排出的再生氣體，其温度可達550 ℃～750 ℃。另外催化裂解裝置再生器排出的高温煙氣中含有很多粉狀催化劑。煙氣中灰分含量高，不但對流受熱面的磨損加劇，而且因為受熱面積灰嚴重，需要經常除灰和定期停爐清掃，給生產帶來一定困難。有些高温煙氣中含有較多的二氧化硫和三氧化硫，使得煙氣露點升高，受熱面的低温腐蝕嚴重，檢修工作量增加。

在廢熱鍋爐中進行的是熱量傳遞的過程，因此廢熱鍋爐的基本結構也是一具有一定傳熱表面的換熱設備。但是由於化工生產中，各種工藝條件和要求差別很大，因此化工用的廢熱鍋爐結構類型也是多種多樣的。

1、 按照爐管是水平還是垂直放置

廢熱鍋爐可以分為卧式(大都採用火管式，即管內走高温工藝氣體，而管外走飽和水或水蒸氣) 和立式(比卧式鍋爐水循環速度快，傳熱速率較高，蒸汽空間也較大，因此這種鍋爐蒸發量大) 兩大類。

2、按照鍋爐操作壓力的大小

廢熱鍋爐可以分為低壓(蒸汽壓力在1.3MPa 以下) 、中壓(蒸汽壓力在1.4 —3.9MPa 範圍內) 、高壓(蒸汽力在4. 0 —10.0MPa 範圍內) 三大類。

3、按結構和工藝用途來分類

（1）按照爐管的結構形式不同，廢熱鍋爐可以分為：列管式、U 形管式、刺刀管式、螺旋盤管式以及雙套管式等。

（2）按照其生產工藝或使用的場合不同，廢熱鍋爐可以分為：重油氣化廢熱鍋爐、乙烯生產裂解氣急冷廢熱鍋爐、合成氨前置式、中置式或後置式廢熱鍋爐等。 ^[3]