關(guān)于余熱余能的深度分析

　　一、關(guān)于余熱余能的理解

　　所謂余熱余能：即為了滿足工藝過(guò)程、生產(chǎn)某種產(chǎn)品，或?yàn)榱藵M足人們生活、工作的需求，需要消耗一定數(shù)量的能源。除了為滿足這種需求理論上所需消耗的能源以外的、認(rèn)為無(wú)用的、剩余的熱與能即為相關(guān)過(guò)程和需求的余熱余能。

　　余熱余能是相關(guān)過(guò)程和需求之中被認(rèn)為無(wú)用的熱與能，并非全部都不可被再利用，實(shí)際上通過(guò)一定的方式仍然可以有效地利用這部分熱與能。這也是我們討論、關(guān)心這部分能量的目的之一。另外，從能源科技的發(fā)展而言，能的合理利用與不斷提高的余熱余能利用水平有著密切的關(guān)系。

　　余熱余能的利用水平與相關(guān)時(shí)代的科技水平、生活、工作方式密切相關(guān)。隨著可現(xiàn)代科技的不斷進(jìn)步，今天的余熱余能，明天即可能部分的成為理論上的需求。也就是說(shuō)能的利用水平的提高是與余熱余能的合理利用密切相關(guān)的。今天被認(rèn)為是余熱余能，明天即成了有效能或者減少了的余熱余能。例如，在煉鋼過(guò)程中，過(guò)去將鋼水變成產(chǎn)品，要求先澆鑄→冷卻→變成鋼錠→加熱→滿足軋鋼工藝→產(chǎn)品，這樣在冷卻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生余熱，在加熱過(guò)程中又要增加能的消耗。由于發(fā)明了連鑄技術(shù)，則可直接利用鋼水進(jìn)行軋制，不僅減少了加熱能的消耗，同時(shí)還減少了冷卻過(guò)程中的余熱。再如，過(guò)去火力發(fā)電系統(tǒng)，由于燃燒與傳熱火用損失和其它原因，使發(fā)電過(guò)程產(chǎn)生了大量煙氣余熱及冷凝余熱，并散失至大氣之中，系統(tǒng)效率很低。近代，由于改善了燃燒及傳熱過(guò)程等，減少了火用損失引起的排煙損失及冷凝損失，使發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率達(dá)到了較高水平，低的達(dá)到40%左右，高的達(dá)到60~70%左右。也就是說(shuō)隨著發(fā)電方式的改變，充分利用了以火用損失表現(xiàn)的高位余能，達(dá)到了能的合理利用，獲得了系統(tǒng)發(fā)電效率的提高。再例如，廢熱鍋爐的利用，大大地改善了工藝系統(tǒng)余熱利用，從而將余熱變成了人們所需要的熱、功、電。一般情況下，余熱余能既可能是由高位火用損失引起，也可能是由低位的熱損失引起。余熱余能雖然均屬于低位能，但是它們的來(lái)歷卻大不相同。有的是由于利用不好，產(chǎn)生了大量的火用損失而形成的;有的卻是正常利用后較少產(chǎn)生火用損失而形成的。雖然它們?cè)谟酂嵊嗄艿男问较聦儆诘臀荒茉矗捎趤?lái)歷不同，我們?cè)诳紤]它們的回收利用時(shí)，即可能產(chǎn)生不同的方法與措施。對(duì)于前者，我們可以利用減少火用損失、改善燃燒傳熱等方法，可以使余熱余能得到較好的利用。后者則可采用多能互補(bǔ)的方法，從而合理利用余熱余能。這樣我們即對(duì)余熱余能的產(chǎn)生、性質(zhì)及其利用有了一個(gè)較全面的理解與認(rèn)識(shí)。

　　總之，余熱余能的概念是相對(duì)的，是隨時(shí)變化的。它的研究、利用與能源的合理利用、發(fā)展是密切相關(guān)的。余熱余能的利用及研究過(guò)程，在一定程度上代表了能源的合理利用與發(fā)展水平。以往多以直觀的熱力學(xué)第一定律(熱平衡)來(lái)研究余熱余能的利用，也的確取得了很大的成就，使總能利用系統(tǒng)效率有3~6%的提高。但是人們忽略了在余熱余能的利用方面，聯(lián)合熱力學(xué)第二定律研究問(wèn)題所取得的成就。火力發(fā)電今天能取得40~70%的發(fā)電效率，僅僅按照熱平衡來(lái)研究是難以達(dá)到的。所以，我們?cè)诳疾煅芯坑酂嵊嗄艿臐摿按胧r(shí)，也務(wù)必按此方法及理念來(lái)分析問(wèn)題，并制定相應(yīng)地措施，才會(huì)取得理想的效益。注：未被利用的余熱余能仍然屬于能，只不過(guò)是難以利用的能，其火無(wú)的比例很高，或全為火無(wú)。

　　二、需要關(guān)注余熱余能利用的意義

　　隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)能源的依賴程度在加強(qiáng)。人們成倍增加的對(duì)能源的需求，造成了地球化石能源的儲(chǔ)量在迅速減少，形成了難以持續(xù)發(fā)展的格局。同時(shí)人們大量地利用能源，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染與生態(tài)惡化。從理論上講，可再生能源(太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等)的數(shù)量幾乎取之不盡、用之不竭，即可持續(xù)發(fā)展、長(zhǎng)期利用。但由于其密度低、隨時(shí)性很強(qiáng)(隨時(shí)間變化十分明顯)的特性，使人們的對(duì)其的利用極為困難，往往是投入產(chǎn)出不合算。所以，在沒(méi)有出現(xiàn)合理的利用方式或可持續(xù)發(fā)展的新能源、可再生能源或?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全利用的技術(shù)之前，人們依然還要依靠化石能源。在這種現(xiàn)實(shí)的情況下，節(jié)能減排或能的合理利用則具有重大意義。在化石能源的利用過(guò)程中，實(shí)踐證明只能有效地利用一部分，另一部分則以不同形式變成了余熱余能。在能源利用的過(guò)程中，人們通常將變成余熱余能的過(guò)程稱為損失的過(guò)程，例如摩擦損失、節(jié)流損失、散熱損失、燃燒損失、傳熱損失等。實(shí)踐證明，這部分“損失”在一定條件下它們又變成了余熱余能，其能的品位也出現(xiàn)了降低，而這些被降低了品位的余熱余能中的一部分又可能變成有效能。余熱余能的可用程度往往與時(shí)間、地點(diǎn)、相關(guān)的技術(shù)水平、管理水平有密切的關(guān)系，而余熱余能的有效利用，又往往能促進(jìn)能源的合理利用。余熱余能的利用不僅包括高位火用部分，也包括低位火用的部分。在此我們可以說(shuō)，余熱余能的合理利用，乃是能源合理利用的重要組成部分。不難想象，一個(gè)不重視余熱余能項(xiàng)目的地區(qū)、單位，則不可能出現(xiàn)能源利用的高水平。總之，余熱余能的研究及完善程度乃是能源合理利用的不可缺少的極其重要組成部分。余熱余能的優(yōu)化利用，是解決目前能源緊張、環(huán)境污染、生態(tài)惡化的重要組成部分。余熱余能的利用目的在于提高系統(tǒng)能源利用率，千萬(wàn)不能過(guò)多的去干涉其范圍大小及措施來(lái)源。

　　以上看法可以由以下的例子說(shuō)明：

　　1)高爐生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生了大量的煙氣，這種煙氣中含有大量的可燃CO等。由于CO有害人們的健康，在上世紀(jì)70年代以前，我國(guó)大部分鋼鐵企業(yè)幾乎都將該部分余能排放至大氣或在大氣中燃燒。以后人們利用其在鍋爐中燃燒產(chǎn)生蒸汽，但火用效率較低。現(xiàn)在隨著技術(shù)的提高，人們又將其應(yīng)用到了燃?xì)庹羝啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)中，采用了熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，取得了相對(duì)較高的效率。由于人們對(duì)這部分余熱余能的不斷優(yōu)化利用，使高爐的能源利用率提高了9%以上。煉鋼過(guò)程也有類似高爐的情況，可以達(dá)到負(fù)能煉鋼，沒(méi)有煉鋼過(guò)程中余熱余能的合理利用是不可能的。沒(méi)有類似高爐、轉(zhuǎn)爐煙氣的合理利用，鋼鐵企業(yè)的電能供應(yīng)是很難達(dá)到目前的利用水平的。另外，內(nèi)燃機(jī)為了充分利用其排出煙氣的余熱余能，添置了增壓器系統(tǒng)，不僅使其熱效率大幅度提高，同時(shí)還大大地改善了內(nèi)燃機(jī)的性能。

　　2)利用下水道水的顯熱(低位余熱)，通過(guò)水源熱泵使其溫度提升，替代鍋爐供熱，從而以極少的電能取得較多的熱能供人們?nèi)∨?/p>

　　總之，這樣的例子不勝枚舉，這些都說(shuō)明：余熱余能的利用，不僅可以使能源得到充分、合理地利用，還可以改善工藝過(guò)程及其產(chǎn)品的性能。余熱余能的利用是能源利用及工藝改進(jìn)不可缺少的重要環(huán)節(jié)及內(nèi)容。余熱余能的利用不僅要重視正常產(chǎn)生的余熱余能的利用，更要重視存在大量火用損失場(chǎng)合的余熱余能的合理利用。