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余热利用技术培训教材余热回收利用技术 培 训 教 材 目 录 第一章 概述1 第一节 我国能源使用现状1 一、能源供需矛盾突出利用效率偏低1 二、 中国人均能源消费上升但远低于发达国家水平3 三、 能源消费趋向集中加工转换效率总体不高4 第二节 我国能源政策7 第三节 解决我国能源危机的应对策略9 一、我国能源消费结构出现问题的成因分析9 二、解决我国能源危机的应对策略10 第四节 我国余热利用技术现状 11 一、水泥窑余热利用12 二、冶金行业余热利用12 三、其他行业余热利用13 第二章 余热利用技术 14 第一节 余热利用的各个阶段 14 一、加强能量管理阶段14 二、热装料阶段14 三、间接热回收阶段15 四、动力化和发电阶段15 五、其他节能阶段15 第二节 余热回收的热力学原理15 一、焓利用的热力学原理 16 二、 （火用）利用的热力学原理16 第三节 余热回收的途径17 一、余热的种类 17 二、 余热回收的途径 18 三、 常用余热回收设备 18 第四节 废气所造成的腐蚀和对策19 一、余热回收设备的低温腐蚀和对策 19 二、 余热回收设备的高温腐蚀和对策 20 第三章 余热锅炉 22 第一节 余热锅炉的形式22 一、余热锅炉的分类 22 二、 几种余热锅炉系统结构示意图 23 第二节 蒸汽参数的选定26 一、热回收时的蒸汽参数选择26 二、动力转换时的蒸汽参数选择26 第三节 结构形式的选定27 第四节 烟气腐蚀及防止对策29 一、低温腐蚀及防止对策29 二、高温腐蚀及防止对策32 第五节 烟气磨损及防止对策34 一、磨损的机理34 二、磨损的防止35 第四章 各行业的余热回收系统 36 第一节 水泥窑余热回收利用系统36 一、我国水泥行业概述36 二、水泥生产工艺流程36 三、主要余热回收技术及途径39 四、主要余热回收设备特性41 五、主要余热设备设计参数42 六、余热设备存在的主要问题及解决方法42 七、工程实例44 第二节 垃圾焚烧余热回收利用系统45 一、我国垃圾焚烧行业概述45 二、垃圾焚烧工艺流程45 三、主要余热回收技术及途径46 四、主要余热回收设备特性48 五、主要余热回收设备设计参数49 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法49 七、工程实例50 第三节 烧结机余热回收利用系统51 一、我国钢铁行业概述51 二、烧结机工艺流程51 三、主要余热回收技术及途径52 四、主要余热回收设备特性54 五、主要余热回收设备设计参数55 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法55 七、工程实例56 第四节 干熄焦余热回收利用系统56 一、我国焦化生产行业概述56 二、干熄焦生产工艺流程57 三、主要余热回收技术及途径59 四、主要余热回收设备特性60 五、主要余热回收设备设计参数63 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法63 七、工程实例66 第五节 硫酸余热回收利用系统71 一、我国硫酸行业概述71 二、硫酸生产工艺流程72 三、主要余热回收技术及途径73 四、主要余热回收设备特性74 五、主要余热回收设备设计参数76 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法77 七、工程实例79 第六节 硅铁余热回收利用系统82 一、我国硅铁行业概述82 二、硅铁生产工艺流程83 三、主要余热回收技术及途径84 四、主要余热回收设备特性85 五、主要余热回收设备设计参数86 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法86 七、工程实例87 第七节 海绵铁余热回收利用系统89 一、我国海绵铁生产行业概述89 二、海绵铁生产工艺流程90 三、主要余热回收技术及途径91 四、主要余热回收设备特性92 五、主要余热回收设备设计参数93 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法93 七、工程实例94 第八节 燃机余热回收利用系统95 一、我国燃机发电行业概述95 二、燃机发电工艺流程97 三、主要余热回收技术及途径98 四、主要余热回收设备特性99 五、主要余热回收设备设计参数 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法 七、工程实例103 第九节 玻璃余热回收利用系统 113 一、我国玻璃行业概述113 二、玻璃生产工艺流程115 三、主要余热回收技术及途径117 四、主要余热回收设备特性118 五、主要余热回收设备设计参数120 六、余热回收设备存在的主要问题及解决方法121 七、工程实例122 第五章 世界余热利用技术的发展124 第一节 国外余热发电技术发展现状 124 第二节 国内主要余热利用技术发展现状 125 第一章 概述 进入21世纪以来发展知识经济和循环经济已经成为世界经济发展的潮流。发展知识经济要求人们加强经济运行过程中以智力资源对物质资源的替代实现经济活动向知识化转变；发展循环经济要求以环境友好的方式利用自然资源、经济资源、环境容量实现经济活动向生态化转变。与此同时中国的经济社会却面临着资源尤其是能源短缺的制约。 第一节 我国能源现状 一、能源供需矛盾突出利用效率偏低 随着中国经济的稳步增长工业化和城镇化进程加快经济社会发展对能源的需求不断增大能源行业处于快速发展态势能源消费缺口不断扩大。20_年我国一次能源生产总量为23.7亿吨标准煤同比上升7.2%是20_年13.74亿吨标准煤的1 .7倍期间年均增长9.5%；同期一次能源消费总量从14.32亿吨标准煤增加到26.5亿吨标准煤年均增长10.8%。20_年供需缺口为2.8亿吨标准煤（图1）比20_年上升9.4%。从20_年到20_年虽然中国能源生产持续增长但其增长速度小于能源消费的增长速度因此能源缺口不断扩大。 中国以煤为能源消费主体的格局还将持续很长一段时间。中国是世界上少数几个以煤为主的能源消费国20_20_年在中国一次能源构成中煤的比例从66.7%上升到69.1%石油的比重从22.9%下降到19.4%天然气从2.6%上升到3.6%水电、核电、风电三者所占比例从20_年的7.9%下降到20_年的6.8%到20_年又回升到7.9%（图2）。中国能源消费中煤一直占2/3以上的份额因此以煤为消费主体的格局短期内不会改变这就决定了中国能源政策的制定与实施都必须优先考虑煤。 中国能源利用效率呈上升趋势但仍较低。中国单位GDP能耗处于下降态势由20_年的11 .47吨标准煤万美元降低到20_年的8.06吨标准煤万美元年均下降率为5.7%尤其是20_年以来下降更快20_年至20_年4年间单位GDP能耗下降了3.89吨标准煤万美元年均下降率为12.3%。这表明近年来国家十分重视节能减排的工作并取得了很大的成效。但与世界其他国家相比中国的能源利用效率还比较低20_年中国单位GDP能耗是世界平均水平的2.9倍分别是美国和日本的3.7和5.4倍是印度和巴西的1.4和3.3倍（图4）。 二、中国人均能源消费上升但远低于发达国家水平 随着中国能源消费的增长中国人均能源消费量逐渐上升。20_年中国一次能源人均消费量为1.99吨标准煤是20_年的1.8倍。但与世界发达国家相比仍然比较低20_年中国一次能源人均消费量是世界平均水平的79.1%分别仅为美国、日本、德国的16.9%、32.2%和32.9%（图5）。 从常规能源消费来看中国的人均消费水平也逐年增长。20_年中国煤、石油和天然气的人均消费分别为1.92吨煤、0.28吨油和57.51立方米气分别是20_年的1.9倍、1.5倍和2.6倍但与世界水平相比仍然比较低。20_年中国人均煤消费量仅为美国的47.9%、德国的90.9%尽管中国的能源消费煤占主体但人均消费量依然低于美国、德国等发达国家；20_年中国人均石油消费量仅为世界平均水平的44.7%不到一半为美国的8.5%、日本的14.4%、德国的17.7%、巴西的53.8%；20_年中国人均天然气消费量仅为世界平均水平的10.1%美国的2.1%、日本的6.7%、德国的4.2%、巴西的39.1%。 三、能源消费趋向集中加工转换效率总体不高 中国六大高能耗产业（石油加工、炼焦及核燃料加工业化学原料及化学制品制造业非金属矿物制品业黑色金属冶炼及压延加工业有色金属冶炼及压延加工业电力、热力的生产和供应业）的能源消费迅速增长20_年其总量为12.60亿吨标准煤是20_年的2.1倍年均增长15.4%高于11%的能源消费增长率。六大高能耗产业的能耗占中国总能耗的比例也在不断上长由20_年的42.9%增至20_年的51.1%已经超过了中国能源消费的一半能源消费的集中度进一步增强（图9）。 在六大高能耗产业中黑色金属冶炼及压延加工业能耗最多而且增长最快20_年其能耗为4.28亿吨标准煤（占六大高能耗产业总能耗的34.0%）是20_年的2.5倍（占六大高能耗产业总能耗的27.9%）年均增长20.1%；其次是化学原料及化学制品制造业20_年其能耗为2.48亿吨标准煤（占六大高能耗产业总能耗的19.7%）是20_年的1.9倍（占六大高能耗产业总能耗的21.0%）年均增长14%；次之为非金属矿物制品业和电力、热力的生产和供应业两者的能耗与增速比较相近20_年的能耗分别为1.99亿吨标准煤和1.74亿吨标准煤与20_年相比年均增长率分别为14.9%和12.4%；再次为石油加工、炼焦及核燃料加工业20_年其能耗为1.24亿吨标准煤是20_年的1.6倍年均增长率为9.5%；有色金属冶炼及压延加工业能耗最少但其增速较快20_年其能耗为0.86亿吨标准煤是20_年的2.2倍年均增长率为17.3%（图10）。 近几年由于中国经济的快速发展对矿产品的需求旺盛引起各种矿产品加工业能耗较快增长其中黑色金属尤其是铁的供需矛盾更为突出且价格一路狂涨从而引起黑色金属冶炼及压延加工业发展迅速耗能最多。但是中国能源加工转换效率变化不大其总效率从20_年到20_年仅提高了2.2个百分点在70%上下浮动总体水平不高。其中发电及电站供热的能源加工转换效率尤其低20_年最高仅为39.87%5年来的平均值为39%（图11）。 第二节 我国能源政策 能源问题已成了我国经济生活中普遍关注的问题。科学发展观、可持续发展问题引起了党中央、国务院的高度关注和大力提倡也在全社会形成共识。中国是一个发展中国家我国能源发展的基本原则是立足于国内并把节约优先、效率为本作为我们能源政策的首要任务。 1994年3月公布中国21世纪议程把提高能源效率和节能作为可持续发展能源战略的关键措施。 1996年3月八届全国人大四次会议通过的国民经济和社会发展“九五”计划和20_年远景目标提出了实行经济体制从传统计划经济向市场经济转变、经济增长方式从粗放型向集约型转变、实现经济和社会可持续发展的指导方针以及“坚持资源开发与节约并举把节约放在首位”的发展战略。 20_年国家“十一五”规划纲要提出重要约束性指标资源利用效率显著提高单位国内生产总值能源消耗降低20%左右单位工业增加值用水量降低30%农业灌溉用水有效利用系数提高到0.5工业固体废物综合利用率提高到60%。与此同时我国“十一五”期间的环境保护和建设规划指出到20_年我国主要污染物二氧化硫和化学需氧量的排放总量必须要比20_年全都下降10%；到20_年二氧化硫和化学需氧量排放得到控制重点地区和城市的环境质量有所改善生态环境恶化趋势基本遏制确保核与辐射环境安全；到20_年单位GDP用水量比20_年降低20%以上。 20_年2月28日中华人民共和国第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过中华人民共和国可再生能源法,该法自20_年1月1日起施行。这部法律明确了可再生能源发展战略及其路线图为我国可再生能源发展提供了法律保证。按照该法的规划我国可再生能源在一次能源消费中的比重将由目前的7%提高到2021年的15%可替代化石能源4亿吨标准煤减排二氧化碳10亿吨二氧化硫700多万吨。 20_年9月1日国务院发布关于加强节能工作的决定提出6个方面的措施加强节能工作。要点如下：加快构建节能型产业体系；着力抓好重点领域节能；大力推进节能技术进步；加大节能监督管理力度；建立健全节能保障机制；加强节能管理队伍建设和基础工作；切实加强节能工作的组织领导省级人民政府要对本地区节能工作负总责把节能工作纳入政府重要议事日程。 20_年9月国家发改委出台了可再生能源法中长期发展规划规划总结了我国可再生能源的发展现状提出经过多年发展我国可再生能源取得了很大的成绩。 20_年10月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第三十次会议修订通过的中华人民共和国节约能源法该法自20_年4月1日起施行。节约能源法规定“节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略。 为了推动全社会大力节能降耗提高能源利用效率缓解能源约束和环境压力我国在编制能源中长期发展规划纲要的同时也出台了节能中长期专项规划。根据我国目前的节能潜力和未来能源需求的特点规划提出“十一五”节能的重点领域是工业、交通运输、建筑、商用和民用。同时提出“十一五”期间组织实施十项节能重点工程包括电机系统节能工程、能量系统优化工程、建筑节能工程、绿色照明工程等。这十项工程已纳入国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要是实现“十一五”单位GDP能耗降低20%左右目标的一项重要的工程技术措施。 第三节 解决我国能源危机的应对策略 一、我国能源消费结构出现问题的成因分析 在能源生产与消费基本平衡的情况下出现的能源危机其原因主要是： 1. 能源的品种结构不合理。以20_年为例我国一次能源消费结构中煤炭的使用为69%远高于世界平均水平(27.2%)。我国的资源禀赋决定了一次能源的消费结构在较长时期内必须以煤为主但经济成长过程中对石油、天然气需求的急剧增长必然造成品种供应不平衡在石油进口依存度已超过50%并将不断增长的情况下国际能源市场的波动直接影响到石油供应石油制品短缺将成为能源危机的主要表现形式。 2. 能源生产的安全与运输制约常规能源的正常供应。究其原因在高煤价的利益驱使下忽视安全生产及安全设施投入不够是主要因素。 3. 环境负荷的影响。以煤炭为主的能源结构导致了我国大气污染物如烟尘、二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳的排放量都位居世界第一。 4. 能源消费问题不断增长能源利用率低。随着经济规模的不断扩大中国的能源消费呈持续上升趋势。19571989年中国能源消费总量从9644万吨标准煤(SCE)增加到96934万吨增加了9倍。19891999年中国能源消费从96394万吨标准煤增加到122000万吨增长26%。受资金、技术、能源价格等因素的影响中国能源利用效率比发达国家低很多能源综合利用效率为32%能源系统总效率为9.3%只有发达国家的50%左右。 5. 新能源开发利用进展过缓。由于对传统能源的依赖在开发利用或正在积极研究、有待推广的能源方面存在着力度不足的问题如对太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能的开展运用等目前在我国还处于初始阶段。 6. 能源政策与宏观调控。从“九五”到“十一五”我国的能源政策经历了数次调整也使能源的利用问题逐步趋于完善。目前来讲解决我国能源供需矛盾的根本出路是提高能源效率而产业结构调整和技术进步是提高能效效率的最根本途径。 二、解决我国能源危机的应对策略 国内地区和行业间发展的不平衡使我国能源消费呈现出能耗总量巨大与使用效能低下并存的特点能源使用效率低下、供应不足是主要矛盾。因此保持我国能源供需平衡的基本原则应该是“效能、开发、节约”以提高能源使用效率和开发新能源为主并树立全社会的节能意识以保障能源对经济与社会发展的支撑。 1. 节约能源提高能源利用率。目前世界一些工业化国家都在采取节能措施联合热电（又称“同时发热发电”）就是比较热门的话题之一。普通发电厂的能源效率只有35%而多达65%的能源都作为热白白浪费掉了。联合热电就要将这部分热用来发电或者为工业和家庭供热因此可使能源利用率提高到85%以上大大节约了初级能源。 2. 开发“绿色能源”是解决能源危机的重要途径。太阳能、地热能、风能、海洋能、核能以及生物能等存在于自然界中的能源被称作“可再生能源”由于这些能源对环境危害较少因此又叫做“绿色能源”。开发“绿色能源”是解决能源危机的重要途径。目前 “绿色能源”在全球能源结构中的比重已达到15%20%今后由石油、煤炭和天然气“老三样”能源唱主角的局面将得到改善。 3. 开发核能从根本上解决能源危机。目前科学家正在研究开发的替代能源有核能、风能、太阳能、地热、生物能和水力发电等。据今年78月份的美国未来科学家杂志报道科学家预计到20_年风能、太阳能、地热、生物能和水力发电将占到全部能源需求的30%。 4. 调整产业结构转变经济增长方式。产业结构调整的根本目的是创造国家、地区和企业的竞争优势在能源供给不足的情况下限制高耗能产业的进入、进行大规模降低能耗的技术改造是结构调整的重要方向；经济增长方式的转变核心是提高资源的使用效率。 5. 设置环境影响底线。确保人与自然的和谐。把对环境污染的容量指标细化落实到地区、行业和具体项目加强环境监察。严格执法。控制污染物的排放。 6. 加强能源的宏观调控提高国家对能源的控制能力。积极调整能源结构提高能源效率。能源结构优质化对能源效率的影响很大。目前世界能源消费已经逐步摆脱了对煤炭的依赖转向以石油天然气为主并逐步扩大可再生能源的比例。世界能源结构发展的趋势促使中国必须改变以煤为主的能源结构问题。优化能源结构中国要从实际出发明确制定促进优质能源进口及可再生能源开发的发展战略尽快改变以煤为主的能源消费结构。 第四节 我国余热利用技术现状 节能减排是我国经济和社会发展的一项长远战略方针也是一项极为紧迫的任务。 在工业生产中使用着各种窑炉如回转窑、加热炉、转炉、反射炉、沸腾焙烧炉等。这些窑炉都耗用大量的燃料它们的热效率都很低一般只有30%左右而被高温烟气、高温炉渣、高温产品等带走的热量却达到40%60%。其中可利用的余热在冶金方面约占燃料消耗量的三分之一机械、玻璃、造纸等方面占15%以上。回收余热降低能耗对我国实现节能减排、环保发展战略具有重要的现实意义。 一、水泥窑余热利用 利用纯低温余热发电技术来回收水泥窑余热已经在水泥行业内被广泛采用并作为我国“十一五”十大重点节能工程之一的余热余压利用工程被推广。经中国水泥协会初步统计20_年我国共有水泥企业4350家水泥产能18.7亿吨分布在全国31个省市自治区我国水泥产量已占全球50%今年全国在建水泥生产线418条同时还有已核准未开工水泥生产线147条。全国在建和拟建项目全部建成后水泥总产能将达到27亿吨新型干法水泥生产线约为1500多条。截至20_年6月全国水泥行业在新型干法水泥生产线上已经配套建设各种类型的纯低温余热电站约186座（包括已经投产运行和正在建设的）形成年余热发电量98亿度的能力相当于年节约380万吨标准煤、减排二氧化碳980万吨。 二、冶金行业余热利用 冶金企业从原料、焦化、烧结到炼铁、炼钢、连铸以及轧钢的生产过程中产生大量含有可利用热量的废气、废水、废渣同时在各工序之间存在着含有可利用能量的中间产品和半成品。冶金企业属于耗能型企业其能耗占全国能耗的10%左右占工业部门能耗的15%左右能源费用占企业生产总成本20%30%。由于能源生产的增长速度尚难以适应国民经济发展的要求能源价格的上升和波动已经对冶金企业的生存和发展构成了挑战节能降耗已经成为冶金企业长期的战略任务。目前主要的余热回收技术有：干熄焦发电技术、烧结余热回收技术、高炉余压发电技术、副产煤气回收技术、热送热装技术、加热炉汽化冷却技术、炉窑烟气余热回收技术等。 三、其他行业余热利用 我国建筑陶瓷行业的能源利用率为28%30%建筑陶瓷企业的窑炉所产生的烟气带走的热量是巨大的而且温度较高可达400500占窑炉总热量的25%35%喷雾塔所产生的烟气和水汽热能虽然温度较低（80120）但热量巨大。目前已经逐渐开始推广利用窑炉余热直接加热干燥坯体或喷雾泥浆、在换热器中用烟气余热加热助燃空气和气态燃料、设置余热锅炉生产蒸汽及至冷热电联产。 此外余热利用在玻璃窑工业、硅冶炼工业等行业中也日渐得到重视出现了与生产相结合的余热利用的方法。 第二章 余热利用技术 余能是在一定经济技术条件下在能源利用设备中没有被利用的能源也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种其中最主要的是余热。根据调查各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%67%可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。工业可回收的余热包括排气、产品、物料、废物、工质所带走的高温热以及化学反应热等。例如：锅炉和窑炉的烟道气燃气轮机和内燃机的排气焦炭、钢件、水泥、砖瓦、炉渣等的高温热冷凝水、冷却水、放散热风等带走的热以及排放的废气热等。 第一节 余热利用的各个阶段 工业余热根据物质来分有排放的空气、烟气、热水、蒸汽、炉渣等多种形式其中具有代表性的余热是热排气（包括热空气）和热排水二种排气余热数量最多的是200400左右的热排气排水余热数量最多的是4070的中温热排水。在余热利用时根据技术实施的难易、投资回收时间等一般分为以下几个阶段： 一、加强能量管理阶段 加强能量管理阶段包括加强炉墙绝热、管道保温、防止漏风、防止阀门泄漏、防止泵密封泄漏实行机械合理运转和节能运行。 二、热装料阶段 热装料阶段是指在各种材料生产厂、化工厂、钢铁冶炼厂中在多次进行加热和冷却的生产工艺中避免反复进行加热和冷却所产生的大量热损失。利用高温物体向低温物体直接进行换热并且高温物体通过热保护罩或热隧道输送减少热损失进行热装料等可以较好地进行直接热回收尤其在低温时利用效果较好。 三、间接热回收阶段 间接热回收阶段是指通过各种余热锅炉、换热器等节能设备回收最终排放的余热用于加热、干燥、采暖、供冷和供应热水等方面。如果遇热温度较低还可以将余热传给生产过程中的原料和半成品作为热装料具有较好的效果。 四、动力化和发电阶段 动力化和发电阶段是指利用回收的余热通过锅炉、汽轮机、发电机等将生产工艺过程中的余热进行循环发电或利用各个设备的余热进行就地动力化驱动辅助机械。 五、其他节能阶段 在工厂生产中将经过冷却后再加热的工艺流程改为连续生产过程或间歇生产过程以及增设汽轮机、发电机等设备利用余热蒸汽或高压排气进行发电供生产使用或上网销售。 第二节 余热利用的热力学原理 对于各种工业余热利用从热力学原理来说主要有以下几种情况：(1)高温加热过程的热装料的焓回收情况；(2)将热量进行动力化的情况。 (1)是将余热运用到热装料和间接利用是把热以焓或单纯的热量形式输入生产工艺过程或其他工艺过程进行再利用可以根据热力学第一定律用热平衡进行分析。 (2)是将余热进行动力化引入最佳效率和（火用）的概念的利用方法使用热力学第二定律进行分析。 一、焓利用的热力学原理 所谓焓的利用是指热量的大小本身与温度水平无关可等值应用于实际的场合满足热力学第一定律。 将重量为G(kg)（包括燃烧用空气）、比热容为CpkJ/(kg.)、温度为T0的物体加热到T1时必须提供的热量为：Q1=GCp(T1-T0) 从同一装置中回收余热将该物体预热到T2进行热装料节省的热量为：Q2=GCp(T2-T0) Q1与Q2的比为节能率cc=(T2-T0)/(T1-T0) 二、（火用）利用的热力学原理 所谓（火用）是当存在余热等任何能源时物质发生反应后全被可逆地冷却到大气温度T0的过程中能作出的理论功。（火用）也称为可用能或有效能。 将重量为G(kg)（包括燃烧用空气）、比热容为CpkJ/(kg.)、温度为T1的物体当温度降低T时则放出的热量：Q=GCpT温度降低到T0时Q=GCp(T1-T0) 将此热量Q进行动力化时根据热力学第二定律卡诺循环的热效率为(T-T0)/T可产生的最大功为Ex则Ex=GCpT(T-T0)/T 整个循环产生的Ex可由Ex积分求得： Ex=T0T1Ex=GCpT-T0-TlnT1/T0=GCpT0_0-ln1+_0 其中_0温度比_0=(T1-T0)/T0 有关（火用）的热效率 Ex=ExQ0=1-1_0ln1+_0 由于工作在余热最高温度T1和大气温度T0之间的卡诺循环发动机的热效率为c=1-(T0/T1)所以 Ex/c=(1/2)+( c/6)+( c2/12)+( c3/20)+ 由此可见（火用）循环效率约等于1/2卡诺循环效率。 第三节 余热回收的途径 一、余热的种类 余热通常指将高温侧的、过去认为不能利用的热量再加以利用。在企业中余热以各种状态存在主要有气体余热、液体余热、固体余热、余潜热、余压和余动力等6种。 1. 气体余热是以燃烧炉的烟气为代表回收对象主要是高温排气的余热。 2. 液体余热主要是指冷却设备和产品时使用的水温度上升变成废热水由于温度低而未达到实际应用的余热。 3. 固体余热主要指产品生产工艺加工结束后的产品显热。 4. 余潜热是指在炉内发生化学反应式产生的可燃气体大多数场合是以副产气体进行回收。 5. 余压是指在生产过程中提高压力进行生产从设备排出的气体压力还很高可以进行回收。 6. 余动力主要指回转体停止运行时的能量目前还没有广泛利用。 二、余热回收的途径 1. 余热回收的方法 余热利用的对象是烟气、低压蒸气、热排水、工艺气体和固体显热等其有效利用的方式有：作为热源直接使用；产生蒸汽；产生动力；作为预热源使用。 2. 余热回收的途径 一般说来综合利用余热最好；其次是直接利用；第三是间接利用（产生蒸汽用来发电）。 （1）余热蒸汽的合理利用顺序是：动力供热联合使用；发电供热联合使用；生产工艺使用；生活使用；冷凝发电用。 （2）余热热水的合理利用顺序是：供生产工艺常年使用；返回锅炉及发电使用；生活用。 （3）余热空气的合理利用顺序是：生产用；暖通空调用；动力用；发电用。 三、常用余热回收设备 1. 空气预热器 空气预热器主要回收高温烟气的热量根据其传热方式和结构形式的不同分为：蓄热式空气预热器、辐射式空气预热器、对流式空气预热器、热管式空气预热器等。 2. 余热锅炉 余热锅炉是指利用工业生产过程中产生的余热来产生蒸汽的锅炉主要用来冷却高温工艺气体控制工业生产工艺气体的温度同时回收生产过程产生的余热。 3余热回收发电系统 余热回收发电系统通常由余热锅炉、汽轮机、发电机等组成锅炉中的水由染料燃烧放出的热量加热产生过热蒸汽送入汽轮机将蒸汽的热能转变为汽轮机的机械能由发电机转变成电能。 第四节 废气造成的腐蚀和对策 余热回收设备的腐蚀有两大类：烟气侧的低温腐蚀和化合物侵蚀等的高温腐蚀。 一、余热回收设备的低温腐蚀和对策 1硫酸露点腐蚀与对策 （1）硫酸露点腐蚀形成机理 高温烟气中含有SO2、SO3和水分当高温烟气经过省煤器、空气预热器、除尘器、烟道、烟囱等低温处烟气温度降低到露点以下或烟气与低温壁面接触后气体中的SO2转化成SO3SO3与水份发生反应形成硫酸而凝结腐蚀设备。 SO2+12O2SO3 SO2+OSO3 SO3+H2OH2SO4 （2）硫酸露点腐蚀对策 降低露点减少硫酸生成 使用低硫燃料；保持较低的过量空气系数和燃烧温度；降低烟气中的水分；添加脱硫吸收剂改进操作流程都能有效降低硫酸的生成减轻露点腐蚀。 采用耐腐蚀材料 2盐酸露点腐蚀与对策 （1）烟酸露点腐蚀形成机理 通常在烟气成分中除了有S的成分还有其他的化学成分像垃圾焚烧炉的废气中只含有HCl在水冷部分也时常发生盐酸露点腐蚀特别是当与氧化剂共存时腐蚀性加剧。 （2）盐酸露点腐蚀对策 选用耐腐蚀材料。作为耐盐酸的材料只限于钽、锆等具有牢固钝态的金属或以铜、钼、镍等贵金属为基体的合金。 二、余热回收设备的高温腐蚀和对策 余热回收方面城市垃圾焚烧炉的开发及其余热利用越来越受到人们的关注。城市垃圾主要有以下特点：垃圾含水量多、热值较低垃圾中包括乙烯树脂、塑料等化学产品、金属类、药品等各种物质在高温燃烧时产生氯化氢和氯气在过热管上产生积灰当温度达到450以上形成高温腐蚀。 1. 由卤素和卤素化合物所产生的高温腐蚀 通常在焚烧炉废气中含有有塑料产生的卤素气体卤素气体和金属发生反应形成的生成物起不到金属表面保护层的作用。在焚烧炉的火焰侧生成的氧化层沉积物中普遍存在FeCl2FeCl2一旦生成Fe2O3和Fe3O4等的氧化物和硫化物就容易生成。 2. 由离子化合物所形成的高温腐蚀 由S2和H2S所形成的硫化比氧化激烈硫化侵害金属与氧化相比具有稳定性差、容积比大、熔点低、蒸汽压力高等特点。 3由粘着物所形成的高温腐蚀 高温烟气中含有少量的V、Na、S等容易在金属表面形成低熔点的粘结沉积物其成分随燃烧物不同而不同。粘结沉积物不仅传热减少、锅炉效率降低而且使金属减薄严重时可能引起爆管。 4高温腐蚀对策 由于燃烧物性质的不同高温烟气的化学成分也不同。针对不同的情况可以采取以下方法抑制高温腐蚀： （1）过热管表面处理可在金属表面渗镀Cr、Al、Si等； （2）使用添加剂燃烧过程中添加提高灰溶物熔点的MgO、CaO、SiO2等； （3）控制金属的表面温度金属表面温度在400以下时腐蚀基本不成问题； （4）选用耐腐蚀材料。 第三章 余热锅炉 余热锅炉是指利用工业生产过程中产生的余热来产生蒸汽的锅炉主要用来冷却高温工艺气体控制工业生产工艺气体的温度同时回收生产过程产生的余热广泛应用于石油化工生产工艺过程和冶金、机械、造纸、建材等行业的余热回收中。 第一节 余热锅炉的形式 余热锅炉由锅炉本体、汽包、循环系统及辅助设备等组成具有高温、高压和介质的特殊性是一个具有一定换热表面的高温高压换热设备各种各样的生产工艺过程需要使用各种不同结构类型的余热锅炉。 一、余热锅炉的分类 常见的余热锅炉主要有以下几种： 1. 按安装方式分为卧式余热锅炉和立式余热锅炉 卧式锅炉炉管水平放置具有结构简单、维修方便等特点但是锅炉的蒸发量小蒸汽压力低水循环速度慢通常用于中小