废热

废热：在工业生产中所产生的对本生产过程没有用的热水、热气。

简介

在工业生产中所产生的对本生产过程没有用的热水、热气：利用工厂～取暖。

废热回收的基本原理(一)廢熱來源泛指工厂无回收设备而直接或间接排放称之。直接排放多针对气体而言，包括蒸汽锅炉、热媒锅炉、焚化炉、加热炉、电弧炉、水泥窑等的烟道气体排放，其中多数仍有相当的热能未被有效利用。间接排放主要以制程因操作单元及系统需求，需用水冷或气冷等方式间接移除制程内热能以满足后续程序所需，既使产品或制程排放水亦需进一步冷却，以达到适合贮存及废水处理的要求。 (二)廢熱特性需朝定性、定量两方面来考虑。定性者即是否连续性，有很多间歇性的热能排放较无法有效回收，譬如炼钢所需的电弧炉、转炉、精炼炉等都采批次作业，即使有大量热能释出，截至目前尚无较经济有效的热能回收方式，比较可行的是利用电弧炉的高温排放来预热废铁进料，但这往往因位置空间的限制，无法在既有厂区内作有效热回收的改善，需在初始规划设计时即列入考虑为宜，目前国内炼钢近二十家业者，仅有一家朝此改善努力。另外，热能载体的流量温度亦相当重要，温度越高，越有利用价值。所谓定量系对热能载体流量而言，流量越稳定，越具有回收价值。实际上在设计废热回收系统时，定性与定量两者需同时考虑，方能规划较具经济效益，又能操控稳定较长使用寿命才能符合需求。 (三)廢熱回收硬體設備废热回收硬件设计可分直接回收设备及间接回收设备。直接设备如热交换器可直接将废热载体的热能透过换热器转换给需被加热的流体，或直接将废热载体的热能在干燥机内与需被干燥物体作直接接触，可同时作质量与能量的传递。间接回收设备需透过适当介质来传递热能，不能单以设备称之，而应视为废热回收系统，例如吸收式冰水的应用，热管(Heat Pipe)及卡林那循环(Kalina Cycle)等应用，都是透过适当介质来作系统内热能的传输。无论直接或间接设备，除了废热特性考虑外，对工安、环保、卫生、整洁等皆需一并纳入考虑。(四)軟體設計熟悉废热特性，对硬设备的认知，加上足够的工程设计经验，方能规划较具经验效益且安全可靠的热回收系统。这其中免不了需有自动监控系统，一方面确立系统的稳定性，并可作历史记录，以利追踪、保养维护及改善的依据。汽电共生系统可同时产生蒸汽与电力，在一工业区内需大量蒸汽及电力时，可兴建汽电共生厂作为工业区内蒸汽与电力之供应者，其优点主要在于由业者自行筹建，评估工业区内实际蒸汽与电力用量，兴建符合需求之规模，节省建厂支出；就近供应蒸汽与电力予制程厂，免除能源于输送中所造成之损失；直接由蒸汽供应制程厂所需热能，热效率高可达52%以上。废热回收节能手法(一)空气预热 蒸汽锅炉、热媒锅炉及加热炉等，利用其排放高温与空气换热，可提升燃烧空气温度，降低排气温度达到回收废热目的。最终排气温度需顾及酸露点，避免腐蚀影响设备使用寿命。以燃油1 %硫份而言，换热器(预热器)冷端管壁温度不得低于110℃；硫份0.5%，管壁温度不得低于80℃。此处需强调的是管壁温度非排气温度。 (二)锅炉饲水预热 蒸汽锅炉及其它加热炉的高温排气可用来预热锅炉饲水，因气水热传较气气热传高，相对其热传面积可较小，比空气预热器来的经济些。其它较高温的排气如加热炉或水泥窑等，甚至可设置废热锅炉来产生蒸汽。(三)锅炉连续排放显热回收 一般低压锅炉采用间歇性排放，不利于回收。饲水泵浦采高低液位补充进水，不仅造成大量炉水挟带影响蒸汽质量，且炉水水质变化差异大，不当的间歇性排放造成无谓热损失及水资源流失。采用连续进水及排放，不仅水质控制稳定，减少排放量，亦可减少化学品添加量。 (四)除氧柜排气热回收 除氧柜利用蒸汽吹驱锅炉饲水中氧气。除氧柜蒸汽排放量0.5~1.0%。利用此排气温度，可预热进除氧柜的补充水，可相对减少吹驱蒸汽用量，达到节能效果。除氧柜流量平衡 STM＋W＝BFW＋V；V＝1%STM 热量平衡 STM×hS＋W×hW＝BFW×hBFW＋V×hV 除氧柜质量平衡 50℃补充水＋水蒸汽 = 1%  排气＋110℃锅炉饲水 20,000＋Ws = 0.01 Ws＋Wf 热能平衡 20,000×50＋650.6×Ws = 0.01 Ws×642.8＋Wf×110 Ws = 2242 Kg/凯越HRV = 22.4 Kg/Hr (排气)  λ= 533 Kcal/Kg 22.4×533×8,000hr÷9,700÷1,000 = 9.85 KL 12,000元×9.85 KL = 118,200  元 此回收热可用来预热部份补充水。 (五)冷凝水回收槽闪沸蒸汽热回收 一般而言，冷凝水回收是提高锅炉效率最显著，且回收报酬率最大的方式。不仅热量回收，且水资源及化学品皆可相对节约。高压冷凝水经却水器降压后即形成闪沸蒸汽，经回收管至贮槽排气口排放，不仅热能浪费，亦造成水资源的流失。可在进回收槽前装设热交换器来预热补充水，或在排气口装预热冷凝器回收热能及水资源。冷凝水回收需考虑制程污染，轻微污染可藉由活性碳及过滤等方式处理。污染严重则需找出污染源尽速修复。(六)压缩机压缩热回收 空气压缩机的压缩热可用来再生仪表空气用的干燥机内干燥剂。经过压缩后的空气，压缩比愈大温度愈高，以往直接用冷却水将空气冷却，未能有效利用此压缩热。目前国外许多空气干燥机厂商纷纷推出压缩热回收干燥机(Heat of Compression dryer)。事实上，将现有管路加以修改即能达到相同的功能。其优点： (1) 回收压缩热再生干燥剂。 (2) 取消或节省再生加热器所需电能或热能。 (3) 无吹驱损失。其缺点： (1) 压缩机负载变化时，压力露点温度改变。 (2) 压力露点温度18℃~4℃，可能无法满足需求。 (3) 仅适用于无油式压缩机。 (七)涂布烘烤热回收 涂布烘烤作业在车体、彩钢、有色钢板等应用广泛，一般用热风(空气)将溶剂或水份(水性涂料)蒸发，由于环保问题，其废气VOC排放需再处理，有效利用VOC焚化炉燃烧排气废热加热烘箱所需热风，可节省焚化炉及烘箱能源使用。(八)聚粒干燥 聚粒经切粒及离心脱水后，尚需经结晶及干燥制程以达到所需质量。结晶干燥用160  ℃热风(空气)，逆向流经干燥塔及结晶塔，经袋式除尘后温度仍有120℃，由冷却器降温至50  ℃以下进干燥机(吸附式)脱水，再用加热器升温至160℃循环使用。应可回收120℃热风余热用来预热除湿的循环风，可节省加热器及冷却器之负荷。目前国内业者几乎皆无此节能措失。(九)污泥干燥 各工厂废水处理产生之污泥含水份60~70%，往往增加委外处理费用，若将水份脱除至25%，可使污泥减重一半。 (1) 利用锅炉，加热炉，焚化炉等高温排放气体直接干燥，此方式干燥机成本最低，唯需顾及有机气体排放及臭味，另外因热源与污泥位置需谨慎评估。 (2) 利用高温废热加热媒介物(水)，以间接干燥污泥，间接加热热传面积较大，设备投资成本较高，但输送成本较低，亦较洁净，排放废气量少等优点。(十)浓缩蒸发热回收 将几个蒸发器串联运行的蒸发操作，使蒸汽热能得到多次利用，从而提高热能的利用率，多用于水溶液的处理。在三效蒸发操作的流程(见图4并流三效蒸发流程)中，第一个蒸发器(称为第一效)以生蒸汽作为加热蒸汽，其余两个(称为第二效、第三效)均以其前一效的二次蒸汽作为加热蒸汽，从而可大幅度减少生蒸汽的用量。每一效的二次蒸汽温度总是低于其加热蒸汽，故多效蒸发时各效的操作压力及溶液沸腾温度沿蒸汽流动方向依次降低。依据二次蒸汽和溶液的流向，多效蒸发的流程可分为﹕c并流流程。溶液和二次蒸汽同向依次通过各效。由于前效压力高于后效，料液可藉压差流动。但末效溶液浓度高而温度低，溶液黏度大，因此传热系数低。d逆流流程。溶液与二次蒸汽流动方向相反。需用泵将溶液送至压力较高的前一效，各效溶液的浓度和温度对黏度的影响大致抵消，各效传热条件基本相同。e错流流程。二次蒸汽依次通过各效，但料液则每效单独进出，这种流程适用于有晶体析出的料液。再生蒸汽温度与末效冷凝器温度相同(即总温度差相同)条件下，将单效蒸发改为多效蒸发时，蒸发器效数增加，生蒸汽用量减少，但总蒸发量不仅不增加，反而因温度差损失增加而有所下降。多效蒸发节省能耗，但降低设备的生产强度，因而增加设备投资。在实际生产中，应综合考虑能耗和设备投资，选定最佳的效数。氢氧化钠等电解质溶液的蒸发，因其温度差损失大，通常只采用2~3效﹔食糖等非电解质溶液，温度差损失小，可用到4~6效﹔海水淡化所蒸发的水量大，在采取了各种减少温度差损失的措施后，可采用20~30效。 (十一)蒸馏塔热回收 工厂内为分馏及精致制产品皆有设置蒸馏塔，亦为耗能重要设备。底部有蒸汽再沸器，加热塔底温度，顶部往往用水冷却器或空气冷却器将汽化产品冷凝为液体，几乎底部所加之热量完全由顶部冷却器移除，实为一大浪费。最有效可行方式为预热本塔进料，或其它流体之预热，唯需注意进料位置之调整，以免影响整体之平衡操作。塔顶余热应先予以回收至某一程度后再用水冷却器或空气冷却器冷凝至所须温度。回流温度应以饱和温度为佳以减少热能无谓消耗。废热回收装置废热回收装置是在原有空调上加装副件，开空调的同时将排出室外的热量利用废热回收装置，达到废热再回收再利用的目的。废热回收机加装后在空调原有功能不变的情况下，增加余热回收及热泵热水功能，达到双用效果。适合场所非常广市场潜力大、推广安装使用简便，如：工厂，酒店，美容美发店，沐足，桑拿，学校，医院，家庭，办公楼等需要大量热水的场所。●在现有空调机组上增加副件，充分利用共用能源，节省电费开支。●安装时，只需要在空调主机上找到压缩机开关动作点及风扇主电源(如冷暖机找到四通阀线)线路串入余热回收控制板即能实现。●所有机组可以同时使用一个水箱，集中网络，统一管理。●在使用空调冷气的同时产生真正免费热水(一年之中有2/3的时间需要开冷气)冬天不使用空调时，能自动转换成热泵机制热水。●当使用热水量大时，当空调用量少，热水量不够时，系统能自动启动空调转换成热泵使用，达到空调冷气与热水两不误。●一套中央热水控制板能同时控制32台余热回收器或同时能控制16台热泵机组，扩展容量非常大。只须一根四芯线，就能实现统一网络控制，间距可达数百米，同时它可以自动调配机组以达到热水的供给量大小的要求。●每台机组自动编号管理，故障代码自动识别，全面实现智能化网络化自动运行控制管理。废热锅炉”废热锅炉”;英文对照waste heat boiler; ”废热锅炉”;在工具书中的解释又称余热锅炉, 是利用生产过程中的高温流体作为热源使水沸腾汽化产生蒸汽的热交换器。它既是使高温流体冷却达到工艺所要求的温度的冷却器, 又是利用余热提供蒸汽节约能源的动力装置。目前, 在合成氨、石油炼制、硫酸等生产过程中都普通使用废热锅炉, 有助于使生产过程所需要的动力和热能得以全部或部分自给。”废热锅炉”;在学术文献中的解释在工业生产中，往往会有大量废热产生，而为避免能源的浪费，通常使用锅炉来回收热能，并产生蒸汽。这种锅炉又称为废热锅炉。

参考资料

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