工業余熱利用效率偏低技術難題待攻克

 低品位工業余熱是今后回收利用的一個重點。

工業企業在生產過程中排放的廢熱、廢水、廢氣等低品位能源，利用余熱回收技術可用于建筑供熱、提供生活熱水。但是，目前囿于技術限制，大量低品位工業余熱未能回收利用。

“作為一個工業大國，中國在工業領域的能源消耗占總能耗的60%，但工業領域的余熱利用效率還是偏低，初步統計不足50%。”清華大學建筑學院副教授夏建軍在近日舉辦的以低品位工業余熱利用為主題的研討會上表示，五類高能耗企業——煉鋼、黑色金屬、有色金屬冶煉、水泥、煤窯，都存在大量的余熱排放，余熱利用的潛力非常大。

工業企業在生產過程中排放的廢熱、廢水、廢氣等低品位能源，利用余熱回收技術可以將其回收用于建筑供熱、提供生活熱水。但是，目前囿于技術限制，大量低品位工業余熱未能回收利用。

“粗放經濟條件下，低品位余熱往往被浪費掉了，隨著技術的進步和發展觀念的不同，低品位工業余熱是今后我們要回收利用的一個重點。”大連冷凍機股份有限公司總經理丁杰說。

余熱利用好處多

工業余熱按品位分為高品位、中品位、低品位，其中中高品位的余熱大多通過余熱發電項目得到回收利用，其余的廢熱大多通過冷卻的形式排放或直接排放。

夏建軍認為，將低品位工業余熱作為重要熱源補充，和熱電廠以及鍋爐房一起用于城鎮集中供熱，對于解決北方城市冬季供熱熱源緊缺、降低北方集中供熱能源消耗、改善冬季大氣環境以及進一步提高工業企業能源利用效率具有十分重要的意義。

據統計，中國北方在采暖季可用于供暖的工業余熱量達到1.14億噸標準煤當量。“從這個角度來看，工業余熱能夠覆蓋北方一半左右的供熱需求，潛力非常大。”夏建軍說。

另外，低品位的工業余熱，基本上以水冷卻的排放方式為主，少量是以空氣散熱直接排放，而工廠為了排放這一部分余熱，不得不消耗大量的水。“在采暖季，我們要用近30億立方水來排放低品位工業余熱。”在夏建軍看來，這相當于蒸發掉了我國南水北調工程運水量的一半以上，如果把這一部分余熱加以利用，將會有非常好的節水效果。

對于低品位工業余熱利用的好處，夏建軍認為，首先可以解決熱源緊缺的問題，有利于民生，此外還具有非常好的經濟效益。

“余熱以前就是白白扔掉，現在把它用好之后，可以大幅減少化石能源消耗，具有經濟價值。”夏建軍說，“我們應該把工業余熱作為特有的戰略資源，在北方這樣的供熱體系中發揮出重要的作用。”

技術難題待攻克

低品位工業余熱利用好處頗多，但運行起來卻不易。首要難題就是經濟有效地將余熱采集起來。“工業生產是非常復雜的，其產生的余熱品位都不一樣，而要通過大聯合的方式，將很多工廠溫度不等的余熱充分整合起來，并不容易。”夏建軍說。

此外，長距離輸送、成套調配體系缺乏等問題，都有待解決。“余熱要作為戰略資源來利用的話，必須做到長遠規劃、梯級利用、吃干榨盡，不能只用溫度比較高的、好用的，而把一些低品位的或者不太好用的余熱浪費掉。”夏建軍說。

夏建軍表示，余熱資源不光要考慮來源問題，作為一個系統工程，還要兼顧末端，包括如何降低回水溫度，如何配合供熱網的熱源調節等問題。“要用好工業余熱，必須是熱源、熱網、熱用戶以及政府各方統一協調，制定相關的政策、鼓勵機制等，共同來推動低品位工業余熱利用。”

利用低品位工業余熱供熱與傳統供熱并不完全相同。傳統供熱，是熱源單方面服務于用戶，但工業余熱需要雙方互相服務。工廠為用戶提供余熱，卻也將用戶作為工業的冷卻塔，用戶必須要把工業余熱全部利用，否則就會影響工業生產。夏建軍認為，這之間相互協調，又存在矛盾，這中間的調節機制和調節手段不可或缺。

從技術角度來看，盡管吸收式系統、吸附式系統、新型材料等眾多先進的技術在一定程度上推動了余熱利用的發展，但各自的缺陷也在一定程度上制約了余熱利用技術的進一步推廣應用。在一篇題為《低品位余熱利用技術的研究現狀、困境和新策略》的文章中，提到了各項技術的瓶頸與障礙。

在溴化鋰吸收式制冷系統中，溴化鋰對金屬材料有腐蝕性，且會出現結晶導致換熱性能下降甚至換熱器無法正常運行；與吸收式制冷系統相比，吸附式制冷系統不存在結晶問題，但需要采用風冷、水冷方式進行冷卻，受到風能和水能的制約；各種新型材料在蓄能、熱轉換方面表現出優良的特性，但是如果不采取合理的散熱，很難達到理想的蓄能和發電水平……

為突破困境，需要進一步對相關技術進行深入研究，攻克材料性能、封裝工藝等技術難關之外，對換熱設備及換熱工質進行改進，也是今后較長時期的一個重要發展方向。

區域能源解決方案

“對于供和需的匹配問題，應該通過多用戶、多熱源的大聯網，互相協調的方式來解決。對于保障工廠生產的問題，要推動熱源互補，包括通過調峰、備用熱源來解決。”夏建軍說。

關于城市熱網的新模式探討，夏建軍建議，可以把低品位的工業余熱作為基礎熱源，將熱電廠的熱和電以及天然氣協同運行，共同形成區域大聯網，最終解決供給側的需求。

通過區域能源解決方案，最終實現余熱資源的綜合合理匹配，不光是節能減排，更多是關系到國計民生，對于改善環境具有重要意義。夏建軍建議，要真正推動這一項技術或者工程在北方繼續實施，需要做的工作包括：頂層設計、統一規劃，合理配備北方地區各類資源和協調清潔能源；國家制定相應政策，有配套資金推動；余熱實施示范工程要進行進一步技術驗證，為技術全范圍的推廣奠定基礎。

住房和城鄉建設部科技與產業化發展中心、康居認證中心副主任梁浩認為，工業化的城市才會有大量的余熱，才能夠形成綜合熱網，而我們國家整個經濟都在面臨發展的轉型，要從高速度增長轉向高質量增長，轉型的過程就會對效率、質量和動力有更高要求，“工業化越發達的城市面臨的轉型壓力越大，頂層設計尤為重要”。

綠水青山就是金山銀山。梁浩表示，要落實這一理念，應該做到三個創新——政策創新、技術創新和商業模式創新，“這三個創新缺一不可，只有這三個創新協同了，才能使綠水青山變成金山銀山，余熱利用也一樣”。