工業余熱資源綜合梯級利用方法
【專利摘要】本發明提供了一種工業余熱資源綜合梯級利用方法，針對一工業區域中一工藝系統中的一設備，該方法包括：S1：“回用”，該設備工業生產中伴生余熱資源優先被應用于該設備中；S2：“替代”，經過步驟S1，若有富余熱能，則優先被應用到該設備所在工藝系統中，其次應用到所在工業區域內其它工藝系統中，最后應用到該工業區域外；S3；“提質”，經過步驟S1和S2，若還有富余熱能未能被應用，則利用外部高品位能源提升富余熱能品位；S4：“轉換”，經過步驟S1至S3后，若還有富余熱能未能被應用和提升，則將其轉化為其他形式的能源。
【專利說明】工業余熱資源綜合梯級利用方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及能源高效利用領域，尤其涉及一種工業余熱資源綜合梯級利用方法。

【背景技術】
[0002]冶金、電力、化工、石油、水泥、輕工、制造工業等領域在生產同時伴生大量高、中、低溫余熱資源，除了部分回收外，大量未被回收的余熱資源放散到大氣或周邊環境中，導致能源浪費、環境污染、成本上升等不利因素。余熱資源回收與利用是工業節能領域長期研宄熱點和關注方向，甚至是某些行業企業發展和生存的關鍵要素。
[0003]目前工業等領域力圖大力加強余熱資源的回收與利用，但余熱回收不徹底、利用效率低。具體問題包括:(1)高溫余熱資源回收低品位能源，導致能源“質”的損失；(2)沒有考慮余熱資源特點，利用單一技術僅“淺層”回收中高溫余熱，大量低溫余熱沒有“深度”回收，導致余熱回收效率低下；(3)缺乏系統優化，余熱回收后，沒有匹配用戶使用而放散，導致“高效”回收、低效利用；(4)沒有處理好不同利用方式對效率的影響，特別是熱交換與能源轉換之間效率差異，導致不必要的能源轉換損失。導致工業等領域余熱回收利用效率低下主要是因為能源梯級利用的基本理論與現場實踐存在巨大鴻溝，基層能源管理缺少可以實際操作的能源梯級利用方法所致。


【發明內容】

[0004]本發明要解決的技術問題是基層能源管理缺少可實際操作的余熱資源梯級利用方法，難以將能源梯級利用的基本理論應用到現場實踐，從而導致工業余熱回收利用率低。
[0005]為了解決這一技術問題，本發明提供了一種工業余熱資源綜合梯級利用方法，針對一工業區域中一工藝系統中的一設備，該方法包括:
[0006]SI 回用”，該設備工業生產中伴生余熱資源優先被應用于該設備中；
[0007]S2:“替代”，經過步驟SI，若有富余熱能，則優先被應用到該設備所在工藝系統中，其次應用到所在工業區域內其它工藝系統中，最后應用到該工業區域外；
[0008]S3 提質”，經過步驟SI和S2，若還有富余熱能未能被應用，則利用外部高品位能源提升富余熱能品位；
[0009]S4 轉換”，經過步驟SI至S3后，若還有富余熱能未能被應用和提升，則將其轉化為其他形式的能源。
[0010]可選的，在所述步驟SI中，通過以下措施至少之一實現余熱資源的被應用:
[0011]熱設備狀態維護、高效燃燒、保溫管理、空燃比控制優化、空氣預熱、燃料預熱。
[0012]可選的，在所述步驟S2中，通過以下措施至少之一實現余熱資源的被應用:
[0013]替代燃料、替代蒸汽、替代電力。
[0014]可選的，在所述步驟S3中，通過以下措施實現富余熱能品位的提升:
[0015]熱泵技術、蒸汽噴射技術、低質高用技術、再燃加熱技術。
[0016]可選的，在所述步驟S4中，通過以下措施至少之一實現富余熱能的轉化:
[0017]余熱發電、余熱制冷。
[0018]可選的，在所述SI至S3三個步驟中，通過熱交換或熱量傳遞實現余熱被應用。
[0019]本發明還提供了一種鋼鐵工業余熱資源梯級利用方法，采用了本發明提供的余熱資源梯級利用方法。
[0020]所述工藝系統至少包括焦化系統、燒結系統、球團系統、高爐系統、轉爐煉鋼系統、電爐煉鋼系統、軋鋼系統以及公用系統。
[0021]本發明綜合考慮設備、系統、區域、社會四個不同范圍，以及熱量直接交換效率高、能源轉換利用效率低的因素，提出一套系統設計方法，從而為工業區域余熱資源綜合梯級利用提供了具體可行措施，從而解決如何實現能源梯級利用的問題，實現余熱資源綜合梯級利用和能源利用效率最大化。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發明一實施例提供的工業余熱資源綜合梯級利用方法的流程示意圖；
[0023]圖2是本發明一實施例中鋼鐵工業余熱資源綜合梯級利用方法的具體實施系統的示意圖。

【具體實施方式】
[0024]以下將結合圖1和圖2對本發明提供的工業余熱資源綜合梯級利用方法進行詳細的描述，其為本發明一可選的實施例，可以認為，本領域的技術人員在不改變本發明精神和內容的范圍內能夠對其進行修改和潤色。
[0025]在弓I入具體的技術方案前，先介紹下本發明的思路源頭。
[0026]“因地制宜、分配得當、溫度對口、梯級利用”是工業園區區域余熱資源綜合梯級利用“一個中心”原則，其中“因地制宜”是首要原則。所有梯級利用解決方案要優先考慮現場實際情況，因地制宜，合理妥協。
[0027]明確余熱資源利用四個不同的范圍，即設備、系統、區域、社會四個不同范圍，為減少能源配置難度和運輸能源消耗，明確余熱資源利用按設備、系統、區域、社會的先后次序進行合理配置。
[0028]明確余熱資源回收優先考慮能效較高的熱量直接交換使用，即直接回用或間接換熱使用，以分別替代設備、系統、區域、社會的外部能源消耗。其次才考慮會帶來較大能源損失的能源轉換方式。
[0029]在此基礎上，請參考圖1，本實施例提供了一種工業余熱資源綜合梯級利用方法，針對一工業區域中一工藝系統中的一設備，該方法可以進一步詳細分為四個層級，該四個層級分別對應下文所述的四個步驟SI至S4,
[0030]該方法包括:
[0031]S1:即第一層級:“回用”，該設備工業生產中伴生余熱資源優先被應用于該設備中；主要通過以下措施至少之一實現余熱資源的被應用，當然也并不限于此:
[0032]熱設備狀態維護，指的是特定的熱設備狀態完好時，保持設備在熱效率區域運行，減少設備余熱資源發生量；
[0033]高效燃燒，指的是利用高效燃燒器提供燃燒效率，減少燃燒不完全損失，減少設備余熱資源發生量；
[0034]保溫管理，指的是指的是通過管理實現保溫狀態完好，減少散熱損失，節約燃料，減少設備余熱資源發生量；
[0035]空燃比控制優化，指的是通過控制優化，實現燃料與空氣合理配比，既要防止無完全燃燒損失，又要避免過量空氣系數偏大；
[0036]空氣預熱、燃料預熱，指的是利用換熱設備回收伴生余熱預熱設備所需的空氣、燃料。
[0037]針對不同的設備可以采取以上不同的措施，本領域技術人員應能從上文的描述中知曉各措施具體的手段，不會導致不清楚的問題。
[0038]結合到圖2示意的鋼鐵工業余熱資源梯級利用方法中，可具體為利用換熱器將余熱資源回收利用到該設備中；
[0039]S2:即第二層級:“替代”，經過步驟SI，若有富余熱能，則優先被應用到該設備所在工藝系統中，其次應用到所在工業區域內其它工藝系統中，最后應用到該工業區域外；
[0040]通過以下措施至少之一實現余熱資源的被應用:
[0041 ] 替代燃料、替代蒸汽、替代電力。
[0042]S3 ;第三層級:“提質”，經過步驟SI和S2，若還有富余熱能未能被應用，則利用外部尚品位能源提升富余熱能品位，進而可以對提升后的富余熱能進彳丁利用；
[0043]在所述步驟S3中，通過以下措施實現富余熱能品位的提升:
[0044]熱泵技術，指的是熱泵可以從低溫熱源中提取熱量用于供熱，實現低溫余熱與用戶匹配；
[0045]蒸汽噴射技術，指的是依據利用外部能源提升低品位蒸汽品位(壓力)實現富余低壓蒸汽再利用。
[0046]低質高用技術，指的是利用低質能源替代原先采用高質能源的場合，實現能級匹配。
[0047]再燃加熱技術，指的是利用燃料將低品位余熱進行提升到用戶需要的高品位熱能進行利用。
[0048]當然，可采取的措施并不局限于此，領域內還有很多可供選擇。
[0049]在所述SI至S3三個步驟中，通過熱交換或熱量傳遞實現余熱被應用。
[0050]S4:第四層次:“轉換”，經過步驟SI至S3后，若還有富余熱能未能被應用和提升，則將其轉化為其他形式的能源，主要措施包括余熱發電、余熱制冷。
[0051]在所述步驟S4中，通過以下措施至少之一實現富余熱能的轉化:
[0052]余熱發電、余熱制冷。
[0053]同之前三個層次一樣，其具體的措施也不限于此。
[0054]對于如何實現四個層次的優先次序，舉例來說，若熱能的載體，即熱源為液體或者氣體，可以通過不同的管道分別連接到四個層次的四類能源利用設備上，通過開啟和關閉液體或者氣體流通的時間、次序等來控制優先次序。這并非本發明著力請求保護的內容，本發明對于四個層次的逐級利用才是重點。
[0055]在所述SI至S3三個步驟中，通過熱交換或熱量傳遞實現余熱被應用。
[0056]對于第三層次和第四層次，并不對其應用于工業區域外、工業區域、工藝系統還是設備進行具體限定，只要滿足利用外部高品位能源提升富余熱能品位及將其轉化為其他形式的能源即可。
[0057]請參考圖2，其具體示意了一種鋼鐵系統中余熱資源梯級利用的可行方案。其中以余熱資源、回收技術、利用技術以及用能終端來示意整個能源的流轉。從余熱資源通過回收技術回收的熱能以四個步驟進行分配，可以通過利用技術進行轉移、轉化、儲能等處理。本方法主要涉及回收與利用兩大環節，充分體現了余熱資源特性、回收高效性、利用匹配性、用能終端經濟性，體現了 “一個中心、四個層級”系統設計思路，實現能源利用效率最大化。
[0058]在本實施例中，高溫與低溫的描述是相對的概念，所采用的系統設計思路是一致的，但由于高溫與低溫品位的差異，導致可利用技術手段不同。圖2的實施例中，第一層級
(SI)“回用”涉及設備本體內部，例如圖中所示經換熱器直接回用到設備的余熱資源；第二層級(S2) “替代”有多處采用，例如:通過余熱鍋爐回收富余熱能，替代鋼鐵生產工藝系統中外部過熱蒸汽需求，圖中的工藝供熱與余熱替代工藝用蒸汽都是這一層級。第三層級
(S3)“提質”也有采用，例如圖中所示的熱泵技術。第四層級(S4) “轉換”有多處采用，例如圖中所示低溫余熱發電技術、有機工質朗肯發電、高效小型渦輪機、蒸汽背/差壓發電等。
[0059]在本實施例中，所述工藝系統至少包括焦化系統、燒結系統、球團系統、高爐系統、轉爐煉鋼系統、電爐煉鋼系統、乳鋼系統以及公用系統。亦可表述為:所述工藝系統為焦化系統或燒結系統或球團系統或高爐系統或轉爐煉鋼系統或電爐煉鋼系統或軋鋼系統或公用系統。在明確這些系統名稱的情況下，本領域技術人員應能知曉其具體指代的系統與系統中的設備。
[0060]綜上所述，本發明綜合考慮設備、系統、區域、社會四個不同范圍，以及熱量直接交換效率高、能源轉換利用效率低的因素，提出一套系統規劃方法，從而為工業園區區域余熱資源綜合梯級利用提供了具體可行措施，從而解決如何實現能源梯級利用的問題，從而實現余熱資源綜合梯級利用和能源利用效率最大化。
【權利要求】
1.一種工業余熱資源綜合梯級利用方法，針對一工業區域中一工藝系統中的一設備，該方法包括: S1 回用”，該設備工業生產中伴生余熱資源優先被應用于該設備中； S2:“替代”，經過步驟S1，若有富余熱能，則優先被應用到該設備所在工藝系統中，其次應用到所在工業區域內其它工藝系統中，最后應用到該工業區域外； 53提質”，經過步驟S1和S2，若還有富余熱能未能被應用，則利用外部高品位能源提升富余熱能品位； 54轉換”，經過步驟S1至S3后，若還有富余熱能未能被應用和提升，則將其轉化為其他形式的能源。
2.如權利要求1所述的工業余熱資源綜合梯級利用方法，其特征在于:在所述步驟S1中，通過以下措施至少之一實現余熱資源的被應用: 熱設備狀態維護、高效燃燒、保溫管理、空燃比控制優化、空氣預熱、燃料預熱。
3.如權利要求1所述的工業余熱資源綜合梯級利用方法，其特征在于:在所述步驟S2中，通過以下措施至少之一實現余熱資源的被應用: 替代燃料、替代蒸汽、替代電力。
4.如權利要求1所述的工業余熱資源綜合梯級利用方法，其特征在于:在所述步驟S3中，通過以下措施實現富余熱能品位的提升: 熱泵技術、蒸汽噴射技術、低質高用技術、再燃加熱技術。
5.如權利要求1所述的工業余熱資源綜合梯級利用方法，其特征在于:在所述步驟S4中，通過以下措施至少之一實現富余熱能的轉化: 余熱發電、余熱制冷。
6.如權利要求1所述的余熱資源綜合梯級利用方法，其特征在于:在所述S1和S3步驟中，通過熱交換或熱量傳遞實現余熱被應用。
7.一種鋼鐵工業余熱資源梯級利用方法，其特征在于:采用了如權利要求1至6任意之一所述的余熱資源梯級利用方法。
8.如權利要求7所述的鋼鐵工業余熱資源梯級利用方法，其特征在于:所述工藝系統至少包括焦化系統、燒結系統、球團系統、高爐系統、轉爐煉鋼系統、電爐煉鋼系統、乳鋼系統以及公用系統。
【文檔編號】F27D17/00GK104457300SQ201410768644
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】曹先常 申請人:上海寶鋼節能環保技術有限公司