废气余热回收的原理和利用

废气余热回收是通过对工业废气中的余热进行有效收集和利用，提高能源利用效率，降低生产成本并减少环境污染的一种技术。以下是废气余热回收的原理及其利用的详细说明：

1. 废气余热的来源和特点

1.1 来源

废气余热主要来自于工业生产中的高温排放气体，常见的来源包括：

• 锅炉烟气：电厂、化工厂等燃煤、燃气锅炉的排烟。

• 工业窑炉废气：如钢铁、陶瓷、玻璃生产中的高温废气。

• 化工过程废气：如石化企业裂解炉或反应釜的排气。

• 烘干/焙烧工艺：如食品、造纸和建材行业的干燥设备。

1.2 特点

• 温度范围广：从中低温（100~300°C）到高温（300°C以上）。

• 流量波动：废气流量可能因生产负荷变化而波动。

• 成分复杂：废气中可能含有粉尘、有害气体或水蒸气。

2. 废气余热回收的原理

废气余热回收的基本原理是通过换热设备将废气中的显热或潜热转移到其他工质中，用于满足后续工艺或辅助能源需求。核心技术包括：

2.1 显热回收

通过换热器回收废气的高温显热，传递给空气、水或其他介质：

• 显热是气体温度高于环境温度时所携带的热量。

2.2 潜热回收

废气中的水蒸气冷凝时释放的潜热被回收：

• 潜热利用通常需要废气降温至露点以下。

3. 废气余热的利用方式

3.1 热能直接利用

• 预热空气或燃料：

• 废气余热用于预热燃烧空气或燃料，降低主加热系统的能耗。

• 应用：锅炉、加热炉。

• 工艺用热：

• 直接将回收的热量用于生产工艺，例如物料干燥、焙烧、蒸汽生产等。

3.2 热电联产

• 蒸汽或热水制备：

• 高温废气用于产生蒸汽或加热水，供生产或区域供暖使用。

• 发电：

• 高温废气驱动蒸汽轮机或有机朗肯循环（ORC）系统发电。

• 应用：钢铁、石化行业。

3.3 吸收式制冷

利用废气余热驱动吸收式制冷机组（如溴化锂机组）进行制冷：

• 应用：化工、食品行业冷却需求。

3.4 转化为低温热能

• 蓄热技术：

• 将废气余热存储在蓄热体中，用于不连续性供热需求。

• 热泵技术：

• 提升低品位余热的温度，用于高温工艺需求。

4. 常用余热回收设备

4.1 热交换器

• 管壳式换热器

• 板式换热器

• 翅片式换热器

4.2 余热锅炉

• 回收废气热量用于产生蒸汽或热水。

• 广泛用于钢铁厂、电厂等高温废气场景。

4.3 蓄热式换热器

• 利用蓄热材料吸收和释放热量，适合不连续废气的回收。

4.4 热电转化设备

• 热电发电系统，例如ORC或卡林纳循环设备。

5. 废气余热回收的经济效益和环境效益

5.1 经济效益

1. 降低能源消耗：

• 减少燃料消耗，直接节省运行成本。

2. 提高设备效率：

• 减少热量损失，提高生产线整体能源利用率。

3. 延长设备寿命：

• 降低废气温度，减少排烟设备的热损害。

5.2 环境效益

1. 减少温室气体排放：

• 减少化石燃料使用，降低CO₂排放。

2. 降低大气污染物排放：

• 通过回收余热后进一步处理，提高废气净化效率。

3. 符合环保法规：

• 满足国家节能减排政策要求。

6. 面临的挑战

• 废气成分复杂：高含尘、高腐蚀性废气对设备寿命和换热效率提出挑战。

• 余热利用率受限：低温余热的高效利用需要更先进的技术。

• 初期投资较高：余热回收系统的设备及安装成本可能较高，但投资回报期较短。

7. 未来发展方向

1. 高效换热技术：

• 开发耐高温、抗腐蚀的新型换热材料和设备。

2. 低品位余热利用：

• 提升热泵和有机朗肯循环等技术的效率，扩大低温余热的应用范围。

3. 智能化管理：

• 结合物联网和大数据技术，实现余热利用系统的实时监控和优化运行。

4. 多功能余热系统：

• 集供热、制冷和发电于一体的综合余热利用方案。

废气余热回收不仅是节能减排的重要途径，更是实现绿色制造和可持续发展的关键技术环节。