余熱資源普遍存在，特別在鋼鐵、化工、石油、建材、輕工和食品等行業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，都存在豐富的余熱資源，所以充分利用余熱資源是企業(yè)節(jié)能的主要內(nèi)容之一。
余熱利用的潛力很大，在當(dāng)前節(jié)約能源中占重要地位。余熱資源按其來(lái)源不同可劃分為六類：1 高溫?zé)煔獾挠酂幔? 高溫產(chǎn)品和爐渣的余熱；3 冷卻介質(zhì)的余熱；4 可燃廢氣、廢液和廢料的余熱；5 廢汽、廢水余熱；6 化學(xué)反應(yīng)余熱。
從經(jīng)濟(jì)性出發(fā),需要結(jié)合工藝生產(chǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)整體的設(shè)計(jì)布置，綜合利用能量，以提高余熱利用系統(tǒng)的效率。
根據(jù)余熱利用過(guò)程中，能量的傳遞或轉(zhuǎn)換特點(diǎn)，可將國(guó)內(nèi)目前工業(yè)余熱技術(shù)，分為熱交換技術(shù)、熱功轉(zhuǎn)換技術(shù)、余熱制冷制熱技術(shù)。
熱交換技術(shù)
熱交換技術(shù)是最直接、效率較高的經(jīng)濟(jì)方法，在不改變余熱能量形式下,通過(guò)換熱設(shè)備將余熱能量，直接傳遞給自身工藝的耗能過(guò)程，降低一次能源消耗。主要利用方式有間壁式換熱、余熱鍋爐、蓄熱式熱交換、熱管的換熱等。
熱功轉(zhuǎn)換技術(shù)
利用熱功轉(zhuǎn)換技術(shù)，可提高余熱的品位，是工業(yè)余熱另一重要技術(shù)。
按照工質(zhì)分類可分為，以水為工質(zhì)的蒸汽透平發(fā)電，和以低沸點(diǎn)工質(zhì)的有機(jī)工質(zhì)發(fā)電。
目前主要以水為工質(zhì)，以余熱鍋爐+蒸汽透平或者膨脹機(jī)，所組成的低溫汽輪機(jī)發(fā)電。
制冷制熱技術(shù)
與傳統(tǒng)壓縮式制冷機(jī)組相比，吸收式、吸附式制冷系統(tǒng)，可利用廉價(jià)能源，低品位熱能避免電耗，具有顯著節(jié)電效果，得到廣泛應(yīng)用。
吸收式余熱制冷機(jī)組，制冷效率高，適用于大規(guī)模熱量回收。而吸附式制冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)噪音、無(wú)污染，可用于顛簸震蕩場(chǎng)合，更適合小熱量回收，或用于冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
熱泵以消耗一部分(電能、機(jī)械能、高溫?zé)崮?作為補(bǔ)償，通過(guò)制冷機(jī)熱力循環(huán)，把低溫余熱源“泵送”到高溫?zé)崦剑瑹岜贸１挥糜?，回收略高?30～60℃)廢熱，達(dá)到節(jié)能降耗目的。
進(jìn)行余熱回收原則是
- 對(duì)于排出高溫?zé)煔獾母鞣N熱設(shè)備，其余熱應(yīng)優(yōu)先由本設(shè)備或本系統(tǒng)加以利用。如預(yù)熱助燃空氣、預(yù)熱燃料等，以提高本設(shè)備熱效率，降低燃料消耗。
- 在余熱余能無(wú)法回收用于加熱設(shè)備本身，或用后仍有部分可回收時(shí)，應(yīng)利用來(lái)生產(chǎn)蒸汽或熱水，以及生產(chǎn)動(dòng)力等。
- 要根據(jù)余熱的種類、排出情況、介質(zhì)溫度、數(shù)量及利用的可能性，進(jìn)行企業(yè)綜合熱效率及經(jīng)濟(jì)可行性分析，決定設(shè)置余熱回收利用設(shè)備的類型及規(guī)模。
- 應(yīng)對(duì)必須回收余熱的冷凝水，高低溫液體，固態(tài)高溫物體，可燃物和具有余壓的氣體、液體等的溫度、數(shù)量和范圍，制定利用具體管理標(biāo)準(zhǔn)。
熱管技術(shù)在余熱回收應(yīng)用的原理和方法
超導(dǎo)熱管的原理
熱管技術(shù)的應(yīng)用國(guó)際上是在20世紀(jì)60年代，主要是應(yīng)用于太空飛行器，今天我們利用超導(dǎo)熱管技術(shù)服務(wù)于余熱回收和熱能利用，為企業(yè)、社會(huì)取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
超導(dǎo)熱管是依靠其內(nèi)部工質(zhì)在一個(gè)抽成一定的真空的封閉殼體中循環(huán)相變而傳遞熱量的裝置，其工作原理是：當(dāng)熱量自高溫?zé)嵩磦魅霟峁軙r(shí)，處于熱管加熱段內(nèi)的工質(zhì)隨即被激活，吸熱汽化變成蒸汽（汽化段），蒸汽瞬間流向熱管另一端（傳輸段），到達(dá)另一端時(shí)遇冷放出潛熱后凝結(jié)成液體（冷凝段），冷凝液體經(jīng)傳輸段回流到汽化段，循環(huán)相變而實(shí)現(xiàn)熱量傳遞。
超導(dǎo)熱管的超強(qiáng)導(dǎo)熱系數(shù)是一般金屬的萬(wàn)倍左右，換熱效率高達(dá)98％以上，是任何一種普通熱交換器無(wú)法達(dá)到的。
熱管技術(shù)的重要特點(diǎn)
與常規(guī)換熱技術(shù)相比，熱管技術(shù)之所以能不斷受到工程界歡迎，是因其具有如下的重要特點(diǎn)。
- 熱管換熱設(shè)備較常規(guī)設(shè)備更安全、可靠，可長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。這一特點(diǎn)對(duì)連續(xù)性生產(chǎn)的工程，如化工、冶金、動(dòng)力等部門具有特別重要的意義。常規(guī)換熱設(shè)備一般都是間壁換熱，冷熱流體分別在器壁的兩側(cè)流過(guò)，如管壁或器壁有泄漏，則將造成停產(chǎn)損失。由熱管組成的換熱設(shè)備，則是二次間壁換熱，即熱流要通過(guò)熱管的蒸發(fā)段管壁和冷凝段管壁才能傳到冷流體，而熱管一般不可能在蒸發(fā)段和冷凝段同時(shí)被破壞，所以大大增強(qiáng)了設(shè)備運(yùn)行的可行性。
- 熱管管壁的溫度有可調(diào)性。熱管管壁的溫度可以調(diào)節(jié)，這在低溫余熱回收或熱交換中是相當(dāng)重要的，因?yàn)榭梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)臒崃鹘粨Q把熱管管壁溫度調(diào)整在低溫流體的露點(diǎn)以上，從而防止露點(diǎn)腐蝕，保證設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行。這在電站鍋爐尾部的空氣預(yù)熱方面應(yīng)用得特別成功，設(shè)置在鍋爐尾部的熱管空氣預(yù)熱器，由于能調(diào)整管壁溫度不僅能防止煙氣結(jié)露，而且也避免了煙灰在管壁上的黏結(jié)，保證鍋爐長(zhǎng)期運(yùn)行，并提高了鍋爐效率。
- 冷、熱段結(jié)構(gòu)和位置布置靈活。由熱管組成的換熱設(shè)備的受熱部分和放熱部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和位置布置非常靈活，可適應(yīng)于各種復(fù)雜的場(chǎng)合。由于結(jié)構(gòu)緊湊占地空間小，因此特別適合于工程改造及地面空間狹小和設(shè)備擁擠的場(chǎng)合，且維修工作量小。熱管換熱設(shè)備效率高，節(jié)能效果顯著。
熱管換熱器
利用熱管導(dǎo)熱能力強(qiáng)、傳熱量大的特點(diǎn)，以多根熱管作為中間傳熱元件，實(shí)現(xiàn)冷、熱流體之間換熱的設(shè)備叫熱管換熱器。按照熱流體的狀態(tài)，熱管換熱器可分為氣-氣式、氣-液式、氣-汽式。從熱管換熱器結(jié)構(gòu)型式來(lái)看，熱管換熱器又可分為整體式、分離式、回轉(zhuǎn)式和組合式。
1、整體式熱管換熱器熱管換熱器的典型結(jié)構(gòu)如圖所示。熱管平行交錯(cuò)排列在換熱器內(nèi)，中間用隔板將每根熱管分隔成兩部分，一部分與熱流體通道相連，為熱管的蒸發(fā)段；另一部分與冷流體通道相連，為冷凝段。冷、熱流體均在熱管外部橫向流過(guò)，通過(guò)熱管軸向傳輸熱量，將熱從熱流體傳給冷流體。
根據(jù)熱管換熱器的傳熱特點(diǎn)，它最適宜于氣-氣之間的換熱。因?yàn)樗诶?、熱段均可加翅片?lái)擴(kuò)展傳熱面積，大大提高以管基為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)。它也可作為氣-液換熱器，此時(shí)只需在煙氣側(cè)加翅片，以增強(qiáng)傳熱，但是，對(duì)液-液之間的換熱，熱管換熱器并不能顯示出它的優(yōu)點(diǎn)。
下圖為氣-液熱管換熱器示意圖，它的一個(gè)重要特點(diǎn)是氣側(cè)熱管管壁破壞時(shí)，水側(cè)的水不會(huì)漏入氣側(cè)，增加了設(shè)備使用的可靠性。
下圖為熱管余熱鍋爐的兩種結(jié)構(gòu)型式。冷側(cè)一般均為承壓的鍋筒（或與鍋筒系統(tǒng)相連通）。目前熱管余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽壓力可達(dá)12MPa。進(jìn)入余熱鍋爐的煙氣溫度最高可達(dá)1100℃。熱管余熱鍋爐的最大特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，安全可靠。與一般的煙管式余熱鍋爐相比，其質(zhì)量?jī)H為煙管式余熱鍋爐的1/3-1/5，外形尺寸只為煙管式余熱鍋爐的1/2-1/3。煙氣通過(guò)余熱鍋爐壓力損失一般為20～60Pa，故引風(fēng)機(jī)的電耗也很小。熱管元件的破損，不影響蒸汽系統(tǒng)的循環(huán)，無(wú)需為此停機(jī)檢修。
2、分離式熱管換熱器分離式熱管換熱器如圖所示，其蒸發(fā)段和冷凝段相互分開(kāi)，兩者這前通過(guò)蒸汽上升管和冷凝液下降管連接成一個(gè)循環(huán)回路。其循環(huán)動(dòng)力為下降管系統(tǒng)（包括冷凝段）與上升管系統(tǒng)（包括蒸發(fā)段）中工作介質(zhì)的密度差，即不需要外加動(dòng)力，但存在著一個(gè)最小高度差Hmin，冷凝段與蒸發(fā)段的高度差必須大于Hmin。分離式熱管換熱器擁有一些常規(guī)換熱器不具備的特性：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可靈活地布置蒸發(fā)段和冷凝段；一種熱流體可同時(shí)加熱兩種不同的冷流體（如空氣和煤氣如圖所示）安全而可靠；管排內(nèi)的蒸氣溫度可以調(diào)整。如圖所示，在分離式熱管換熱器中，改變蒸汽上升管和冷凝液下降管的連接次序，可以調(diào)整管排內(nèi)的蒸氣溫度，這樣可以避免高溫側(cè)因管內(nèi)溫度高而造成的壓力過(guò)高的安全性問(wèn)題和因低溫側(cè)溫度過(guò)低帶來(lái)的露點(diǎn)腐蝕問(wèn)題。
3、回轉(zhuǎn)式熱管換熱器該類換熱器有兩個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：一是借助轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力來(lái)實(shí)現(xiàn)工作液體循環(huán)，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)促使氣流的攪動(dòng)，增強(qiáng)傳熱，這結(jié)含塵較多的氣體更為有效。二是這類換熱器兼有送風(fēng)機(jī)的功能。但由于增添了轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，另外還增加了動(dòng)力消耗。回轉(zhuǎn)熱管換熱器可分為離心式、軸流式和渦流式。
4、組合式熱管換熱器整體式熱管換熱器均由同一類型的熱管所組成。而組合式熱管換熱器則是根據(jù)換熱器中所處的溫度段不同，而選用最適宜在該溫度區(qū)內(nèi)工作的熱管。
5、熱管換熱器與其他型式的換熱器的比較熱管換熱器與其他型式的換熱器相比，有以下特點(diǎn)：
- 傳熱性能高。尤其對(duì)氣-氣熱管換熱器，更能顯示出它的優(yōu)點(diǎn)。
- 傳熱平均溫差大。冷、熱流體的通道布置方便，流向可以布置成單純的逆流形式。
- 結(jié)構(gòu)緊湊。除上述特點(diǎn)可使換熱器做的緊湊外，每根熱管的傳熱能力也大，可以用較少熱管數(shù)目保證熱量的傳遞。
- 布置靈活。熱管可以作為通用的傳熱元件，對(duì)于傳熱量要求不同的換熱器，可以用改變熱管根數(shù)的方法進(jìn)行任意組合。
- 工作安全可靠。每根熱管是獨(dú)立的傳熱元件，即使其中一根發(fā)生故障，也不影響整個(gè)換熱器的正常工作。在檢修時(shí)，可以單獨(dú)進(jìn)行更換。
