国家标准 GB/T39091一2020 工业余热梯级综合利用导则 Guidelinesforindustrialwasteheatcmprehensivecaseadeutilizationm 2020-09-29发布 2021-04-01实施国家市场监督管理总局发布国家标涯花管理委员会国家标准
GB/T39091一2020 次目前言范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义余热分类 4.1按载体分类 4.2按品位分类梯级综合利用基本原则与规划方法 5.1梯级综合利用基本原则 5.2梯级综合利用规划方法梯级综合利用主要步骤 6.1概述 6.2确定系统边界余热资源相热用户需求现状调 6.3 余热梯级利用方案确定 6.4 6.5方案的实施 6.6余热利用绩效后评估项目节能量与节能效益评估项目节能量评估 7.2项目节能经济效益评估附录A(资料性附录)余热利用的典型设备附录B(资料性附录通用工业企业系统余热梯级利用基本方法附录c(资料性附录典型钢铁企业余热梯级利用总体思路与案例附录D(资料性附录)典型石化企业余热梯级利用总体思路与案例 12 附录E(资料性附录典型建材企业余热梯级利用总体思路与案例 15 19 附录F资料性附录)典型火电企业余热梯级利用总体思路与案例
GB/39091一2020 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草本标准由全国能量系统标准化技术委员会(SAC/TC459)提出并归口本标准起草单位;标准化研究院、国能合纵(北京)能源电力技术中心,天津健威泽节能环保科技股份有限公司、上海宝钢节能环保技术有限公司、石化工程建设有限公司、国际工程咨询有限公司、电力企业联合会、北京工业大学、中节能科技投资有限公司、南京凯盛开能环保能源有限公司、宝山钢铁股份有限公司、四川国立能源科技有限公司、华泰永创北京)科技股份有限公司大唐东北电力试验研究院有限公司、石油化工股份有限公司油田事业部、上海工业节能产业技术创新战略联盟、广州盈运节能科技有限公司、广东东实开能能源有限公司循环经济协会、上海交通大学,青岛捷能汽轮机集团股份有限公司、江苏东九重工股份有限公司、中关村现代能源环境服务产业联盟、南瑞电力设计有限公司,福建三能节能科技有限责任公司、天津华赛尔传热设备有限公司、杭州哲达科技股 ,广州曾光节能有限公司.杭州联投能源科技有限公司.山两国份有限公司、山西西山煤电股份有限公司、科节能有限公司、上海置信节能环保有限公司,山东威海湛威新能源科技有限公司、新奥数能科技有限公司、华北电力科学研究院有限责任公司本标准主要起草人;刘猛、曹先常、郭云高、唐兆伟、王剑波、闫树芳、李建锋,吴玉庭刘健平、丁睛、刘韧,成建宏、兰文龙、屠正瑞、桂其林、王文君,徐列高岩松、孟凡中,赵志立、梁国强、方明、赵凯、吴静怡、于海、刘咏梅、方亮、陈池、齐欣、李清举、张晓龙、郭建涛、宋秉紫、王小华、岳东旭,乔兴宏鲍献忠、吴康东、刘强、夏卫华、王凤军、张岩、刘蔚蔚、杨洁
GB/39091一2020 工业余热梯级综合利用导则范围本标准规定了工业余热分类及其梯级综合利用基本原则、规划方法、主要步骤以及项目节能量与节能效益评估本标准适用于工业企业的余热资源利用,其他相关领域可参照本标准执行规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文件凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T1028一2018工业余能资源评价方法 GB/T13234用能单位节能量计算方法 GB/T28750节能量测量和验证技术通则 GB/T31346节能量测量和验证技术要求水泥余热发电项目 GB/T32045节能量测量和验证实施指南术语和定义 GB/T1028一2018,GB/T13234界定的术语和定义适用于本文件余热分类 4.1按载体分类按载体进行分类可分为:气态载体余热、液态载体余热、固态载体余热、混合态载体余热气态载体余热;包括烟气、放散蒸汽、气体工艺物流及不可燃性废气的余热资源液体载体余热;包括液态产品和液态中间产品的余热资源、冷凝水和冷却水的余热资源、可燃性废液的余热资源固态载体余热;包括固态产品和固态中间产品的余热资源、排渣的余热资源及不可燃性固态废料的余热资源混合态载体余热;指含有以上两种形态或以上的余热资源 4.2按品位分类根据不同的载体类型,以温度为表观特征,综合考虑回收利用的技术经济性,进行品位划分见表1
GB/T39091一2020 表1工业余热资源的分类载体等级气态载体余热液态载体余热固态载体余热高品位 >300 >200C >700 200C300 95C一200C 400C~700C 中品位低品位 <200C 95C <400 注1;余热以水蒸气形式体现时,其作为一种能源载体,单独考虑,不纳人本标准上述三类余热资源范略注2混合态载体余热品位分类,根据其主要载体的具体情况,参考上述参数合理确定梯级综合利用基本原则与规划方法 5.1梯级综合利用基本原则余热梯级利用基本原则为量热度需,热尽其用,温度对口,梯级利用即在确保安全可靠、不降低所在系统现有性能的前提下,在考虑余热特性的基础上,系统分析余热的规模和品位,综合考虑需求情况，合理采用余热利用措施,实现余热的充分高效利用 5.2梯级综合利用规划方法 5.2.1概述余热利用的方达分为回用,替代.,提质,转换四类,根据梯级利用基本原则,综合考虑能源利用效率的高低,余热的利用规划宜优先考虑排序靠前的利用措施,实现余热“热尽其用、梯级利用”" 5.2.2 回用以用能设备为中心,通过热量传递或交换,将余热返回到原有设备中,减少用能设备外部高品位能量输人的过程或方法 5.2.3替代通过热量储存、传递或交换,将余热返回到设备所在的工艺或周边系统中,替换外部能量输人,实现区域能量自平衡的过程或方法 5.2.4提质以中高品位能量为驱动,通过直接或间接热量交换或热力循环,将余热由较低品位提升为较高品位,使其与用热需求匹配利用的过程或方法 5.2.5转换将余热资源转变为机械能、电能冷能等其他形式能量的过程或方法梯级综合利用主要步骤 6 6.1概述工业余热梯级综合利用包括但不限于以下步骤:
GB/39091一2020 确定系统边界; a b 余热资源和热用户需求现状调查; 余热梯级利用方案确定; c d 方案实施; 余热利用绩效后评估 e 6.2确定系统边界应确保边界内包括受到余热梯级综合利用直接影响的过程或流程、装置、设备等 6.3余热资源和热用户需求现状调查应对系统边界内的余热资源和热用户需求现状进行调查和相关数据资料收集,包括但不限于以下内容: 系统用能和生产现状及相关数据,应包括使用能源种类、数量,生产产品或提供服务的种类和数量识别产出余热系统的生产:工艺及能源利用流程,测量记录该系统的现状能耗包括记录能源和耗能工质的种类、数量等系统内余热资源及其直接相关的用能设备或流程的分布情况和数据,应包括余热资源的种类、载体相态、流量、温度、压力等,以及用能设备的能耗、能效、产量或其他有效输出的数量等测量记录系统内产出余热的设备的能耗、能效、产量或其他有效输出的数量等,包括记录余热资源的种类、载体相态、流量,温度、压力等余热(能)资源的评价按照GB/T10282018的第4章 6.4余热梯级利用方案确定余热梯级利用方案的确定应包括但不限于以下内容: 基于系统余热资源和热用户需求现状,筛选相关余热梯级利用的典型设备、通用技术,单项技术,在技术梳理的基础上结合工艺特点,形成梯级综合利用方案其中,针对典型设备的选取应根据项目具体情况而定,可参照但不限于附录A,通用技术的选取可参照附录B,钢铁、石化、建材、火电企业余热梯级利用方案总体思路可对应参照但不限于附录C附录F 应对方案的环保性能、等效节能量、余能利用率、经济性进行评估,并作为确定方案的重要依据 6.5方案的实施应按照6.4所确定的方案组织实施 6.6余热利用绩效后评估可参照第7章对项目节能量与节能效益进行评估项目节能量与节能效益评估 7.1项目节能量评估项目节能量评估方法按照GB/T13234,GB/T28750和GB/T32045执行,水泥余热发电项目节能量计算应按照G;B/T31346执行
GB/T39091一2020 7.2项目节能经济效益评估余热梯级综合利用项目实施后对应节能量所产生的经济效益,宜以节能量折算标准煤的量为基础进行计算,具体项目实际评估可基于项目相关方一致认定的节能量和经济效益评估方法及参数对节能经济效益进行评估
GB/39091一2020 附录 A 资料性附录余热利用的典型设备 A.1余热锅炉 A.1.1分类余热锅炉可按以下要素分类: 按照结构形式分类;水管、火管、热管等; 按照布置方式分类;立式,卧式; 按照循环方式分类:自然循环,强制循环按照压力等级分类;高压、中压,低压; 按照产汽工艺分类:单压、双压等 A.1.2适用场合余热锅炉仅指用于产生水蒸气的余热回收装置主要适用于中高温余热资源,通常以气体或以气体为中间介质的余热资源例如;炉窑烟气余热、冷却废气余热等 A.2流体换热器 A.2.1分类按照结构分类;管壳式、套管式,、螺旋板式.板翅式,板式,夹套式等按照用途分类;加热器、冷却器、冷凝器、重沸器、深冷器、热回收装置等按照换热介质分类;液-液热交换、气-液热交换、气-气热交换等 A.2.2适用范围适用于各类冷却,加热场合考虑因索;热负荷及流量大小,流体的性质、温度、压力及允许压降的范围、清洗维修的要求、设备结构、材料、尺寸、重量、价格、使用安全性和寿命等 A.3粉粒体换热器 A.3.1分类按照结构分类;螺旋式、百叶式、分仓式、分层式、蜂窝式、复合式按照运动形式分类:固定型、移动型等按照用途分类;冷却器,热回收装置等 A.3.2适用范围粉粒体换热器特指通过气体或液体等换热介质直接或间接地加热或冷却固体颗粒的装置适用于各类粉粒体物料冷却或干燥等例如:干熄焦炉、窑炉物料冷却,烧结矿、锅炉等各类炉渣
GB/T39091一2020 等考虑因素;物料特性、物料出力、进料温度,出料温度,换热介质进出温度,布置空间等 A.4汽化冷却装置 A.4.1分类利用工质(例如水)汽化吸热特点,以汽化冷却工艺替代原有水一水冷却方式,实现热能回收的一种冷却方式典型汽化冷却分为;转炉汽化冷却、加热炉汽化冷却,球团竖炉汽化冷却,焦炉上升管换热器等不同类型 A.4.2适用场合汽化冷却技术主要用于轧钢加热炉、炼钢转炉、球团竖炉、焦炉上升管等工业设备中,以汽化冷却技术回收蒸汽替代原有的水冷系统,最终提高系统能源利用效率,主要包括轧钢加热炉应优先采用汽化冷却系统替代炉内主要水冷部件; 炼钢转炉应优先采用汽化冷却烟道代替原有水冷烟道球团竖炉应优先采用汽化冷却系统代替原有水冷梁; 焦炉应优先采用上升管高效换热器代替原有上升管 A.5储热设备 A.5.1分类按温度分类;可分为低温储热设备(100C以下);中温储热设备(100一400C之间);高温储热设备(400C以上)三类按照储热原理分类;显热储热设备、相变储热设备、热化学储热设备三类显热储热设备是指通过储热材料温度升高(降低)来实现储(放)热的设备,主要包括液体显热储热(熔盐,水、导热油等),固体显热储热设备(金属氧化物、混凝土、陶瓷、岩石,金属等)等;相变储热设备是指通过储热材料的相变而实现储放热的设备,主要包括液气相变储热设备(蒸汽)、液固相变储热设备(石蜡、无机盐、冰、有机物等等;热化学储热设备是指利用物质在可逆化学反应中的吸热和放热过程达到储,放热的目的,主要包括氢氧化物化学储热、结晶水合物化学储热、金属氧(氢)化物等 A.5.2适用场合储热设备主要用于不连续、不稳定或富余的热能存储,或者用以满足热用户的波动及经济性等不同需求,最终实现系统经济高效 A.6余热发电装置 A.6.1分类根据热电转换原理可分为;水蒸气朗肯循环发电、有机工质朗肯循环发电、卡琳娜循环发电,烟气轮机发电,热电材料发电等 A.6.2适用场合水蒸气汽朗肯循环发电主要适用于中高温稳定连续的余热资源;有机工质朗肯循环发电和卡琳娜循环发电主要适用于中低温余热资源;烟气轮机发电主要用于石化余热;热电材料直接发电主要适用于
GB/39091一2020 空间要求极高的特定场合余热制冷装置 A.7.1分类根据原理可分为;吸收式余热制冷、吸附式余热制冷,、喷射式制冷等 A.7.2适用场合吸收式余热制冷一般适用于90以上热水或余热资源;吸附式余热制冷适用于65C以上热水或余热资源;喷射式制冷一般适用于具有低压蒸汽资源的场合等 A.8热泵 A.8.1分类根据原理,用于工业余热回收的热系可分为燕汽压缩式热系(包括螺杆式,离心式、涡旋式、活塞式等)吸收式热系(包括第一类吸收式热泵、第二类吸收式热泵)吸附式热泵,化学热系、燕汽喷射式热泵等 A.8.2适用场合热泵主要适用于建筑供暖和工业用热等
GB/T39091一2020 附录 B 资料性附录) 通用工业企业系统余热梯级利用基本方法 B.1通用工业企业系统余热梯级利用典型方案工业企业系统余热资源可分为高、中,低三种品位,并根据用能终端的需求,采用相应的余热回收技术加以利用图B.1表示了一种通用工业企业系统余热资源梯级利用的典型方案,适用于工业企业动力等能源公辅系统,本方案主要涉及回收与利用两大环节,充分体现了余热资源特性、回收高效性、利用匹配性、用能终端经济性,体现了工业余热梯级利用的系统设计思路,实现能源利用效率最大化利用技术用能终端余热资源回收技术过热蒸炉窑高中热力管网热用户温烟'气余蒸冷服高温热等余热钢炉然背高中温差压发电蒸汽冷极发电有机工质朗肯发电某工业企业电力用户，高效小型涡轮机低压蒸汽烟气中低温低出制冷技术制冷用户商温热水余热等储热装置换热器中低温企业/社会低温 E清味淡水图B.1通用工业企业系统余热梯级利用方案 B.2 主要共性技术通用工业企业系统余热梯级利用主要共性技术包括但不限于: 高效换热技术(扰流子等强化换热技术、大温差换热技术,相变换热等); 烟气余热深度利用技术(工艺物流加热、空气预热、除盐水预热,余热发电、余热制冷和余热供暖等); 热泵技术; 乏汽余热回收(汽轮机排汽余热、除氧器乏汽、定排乏汽)技术; 低温余热发电技术(有机工质朗肯循环发电技术、卡琳娜循环发电技术等); 余热制冷技术
GB/39091一2020 附录 C 资料性附录典型钢铁企业余热梯级利用总体思路与案例基本原则 C.1 典型钢铁企业余热资源梯级利用应遵循以下基本原则按照“温度对口、梯级利用”余热梯级规划方法,结合钢铁生产特点冶炼(炼焦,烧结、高炉,炼钢)区域以“主体设备”为中心,研究主体设备的热能梯级利用系统,促进工序能耗降低轧钢及公辅区域以 “区城用能”为中心,研究区域热能梯级利用系统,实现区域能源利用效率最大化. C.2 主要余热资源概况典型钢铁企业主要余热资源包括但不限于炼焦:主要包括炼焦过程中产生的高温焦炉荒煤气、红焦、焦炉烟气等余热资源; 烧结:主要包括烧结机烟气余热、烧结矿冷却废气余热等; 高炉;主要包括高温熔融渣(冲渣水)显热、热风炉烟气余热、高温铁水散热、炉体冷却水显热、高炉煤气显热等炼钢;主要包括烟气显热、转炉煤气显热、冷却水显热、钢坯显热等轧钢;主要包括加热炉烟气显热、热处理炉烟气显热、冷却水显热、钢坯显热等单项技术示例典型钢铁企业余热梯级利用常用单项技术示例如下焦化:干熄焦余热发电技术、荒煤气显热回收、煤调湿技术,烟气余热锅炉技术等; 烧结;烧结机烟气余热锅炉、烧结机废气点火技术、烧结机废气热风烧结技术、烧结矿冷却废气余热回收(发电)技术等; 高炉;高炉冲渣水显热回收技术、热风炉烟气双预热技术、热风炉烟气煤粉干燥技术、,铁水保温技术等; 炼钢;蓄热式烘烤技术、转炉汽化冷却技术,电炉烟气余热回收技术、钢坯辐射热回收技术、钢包加盖技术等; 轧钢;高效燃烧技术(蓄热式燃烧技术等),空煤气预热技术、工艺用能源替代技术、烟气余热锅炉技术、汽化冷却技术等 C.4综合集成技术典型钢铁企业余热梯级利用主要综合集成技术包括但不限于: 炼焦;综合焦炉系统红焦、烟气、荒煤气、冷凝水等不同余热资源,考虑余热资源种类、品位、环境等要素,结合焦炉系统所需煤气预热、空气预热、人炉煤干燥、给水加热、除氧用汽、焦化用汽、区域制冷,熄焦装置等不同需求,采用“回用、替代、提质、转换”等不同技术措施,按焦炉系统能源利用最大化原则进行焦炉能源转换功能整合,实现焦炉工序能耗最低
GB/T39091一2020 烧结;考虑烧结系统烧结机烟气和冷却机(烧结矿)废气量大余热资源梯度特点,结合烧结点火,烧结保温、混匀区域制冷等不同的能源需求,整合烧结烟气循环,中温双压余热锅炉,低温余热利用等技术,按照“温度对口,梯级利用”的原则实现烧结余热“热、电、冷”梯级利用方案; 高炉:将低品位的冲渣水余热及炉体冷却水余热由高效换热器,通过能量“替代、提质”将热量输送给用户预热采暖及生活热水使用,或者经过“转换”输出冷量给用户使用,实现余热利用热风炉低温烟气余热经烟气双预热技术“回用”替代热风炉用燃气,“回用”后烟气余热进行煤粉干燥、或提升部分热水温度供更高热用户使用;在熔渣沟内设置蓄热体及换热原件吸收高温熔融渣显热回收高品位热源,实现高炉区域能源利用最大化炼钢;综合转炉(电炉)、精炼连铸系统中波动、分散的不同余热资源特点,考虑转炉汽化冷却电炉烟气余热锅炉、蓄热式烘烤、钢包加盖等技术,结合炼钢系统所需钢包烘烤冶炼与处理真空精炼、区域制冷等不同需求,采用“回用、替代、提质、转换”等不同技术措施,实现炼钢系统能源利用最大化; 轧钢.综合轧钢区域加热炉,热处理炉冷凝水等余热资源分散、量小特点,结合空煤气预热、给水预热、保温、干燥、碱液预热、空调制冷等需求,从区域角度考虑“回用、替代、提质,转换"等不同层级技术措施,实现区域能源利用最大化 c.5余热梯级利用方法示例以钢铁企业烧结工序的环冷机余热资源为研究对象,常规环冷机废气去向分烧结点火、余热锅炉产燕汽,外排三部分组成,如图c.1所示从环冷机中温段(1号、2号排气筒)废气综合温度约350C,利用双压余热锅炉技术回收蒸汽直接使用或发电使用,废气热量回收后返回环冷机重新对烧结矿进行冷却;同时300C以下中低温废气(3号、4号、5号排气简)因为温度低全部排空,导致能源浪费 330 160 余热锅炉排空去烧纳点火冷却机风罩 0t 150C 220C315C 450C 烧结矿料层冷却机下风箱 15C 自然风图c.1烧结环冷机废气余热利用现状针对以上问题,采用余热梯级利用规划方法,形成烧结环冷机废气余热梯级利用方案,如图C.2所示环冷机中温段(1号、2号排气筒)废气余热的利用方式与常规方式一样,不同的是充分利用了环冷机的低温段余热资源,环冷机低温段(3号排气筒)可利用的废气温度约150C一220C,其通过高压热水交换器,回收低温废气热能与前段余热锅炉产生的次低压燕汽一起用于有机工质朗肯循环低温发电以提高余热资源利用效率,余热回收后的废气汇合环冷机低温段(4号排气筒)烟气通过风机送到烧结 0
GB/39091一2020 机台车面上的烟气罩内,环冷机更低温废气余热可用于生产生活热水供现场使用,最终实现第3号、 4号,5号排气简低温余热的回收与利用烧结环冷机废气余热梯级利用方案受热源、用户,环境等因素影响而不尽相同,最终以“效率”“效益”双优作为最后评价的基准去热风烧结 170 给水预热器生活热水换热器 130r 25 低油 330c 160c 余热锅炉去烧结点火冷却机风罩 l80c150220c315c 450C 烟肉烧结矿料层冷却机下风前 15 自然风图c.2烧结环冷机废气余热资源梯级利用系统 11
GB/T39091一2020 附录 D 资料性附录) 典型石化企业余热梯级利用总体思路与案例 D.1基本原则石化企业余热资源梯级利用应遵循以下基本原则: 生产装置和系统单元优先选用低能耗的工艺技术,并选择高效率的设备和设施,实现节能在联合装置范围内或全厂范围内优化换热网络流程,力争减少或不产生低温余热余热资源利用不影响装置正常生产,保证装置操作安全平稳,在热源、热阱变化以及生产方案切换时装置安全生产不受影响根据余热资源的品位和特性,通过系统优化实现余热的梯级有效利用,提高余热资源的回收利用效率;高温位余热优先用于高温位的热用户,低温位的余热优先用于低温位的热用户优先考虑连续、稳定、同级利用,在同级利用的基础上再考虑余热发电和余热制冷等升级利用技术优先采用以低温热量代替原工艺生产消耗的蒸汽等二次能源:如利用余热加热除盐水、以热水作为气分等装置重沸器热源、以热水作为储运系统油罐加热和维温热源等余热利用要先热联合后回收,先工业后生活,先厂内后厂外(园区) D.2主要余热资源概况典型石化企业主要余热资源包括但不限于工艺物流;在分离、转化、精制,改质、聚合、氧化等各种工艺加工过程中工艺物流的余热工艺装置加热炉和余热锅炉的烟气余热公用工程和辅助设施;热电动力锅炉烟气余热、凝结水余热、蒸汽发生设备排污水余热、循环冷却水余热、蒸汽透平、除氧器和排污扩容器等设备产生的乏汽余热 D.3单项技术示例典型石化企业余热梯级利用常用单项技术示例如下装置间的热进料/热出料;通过上游装置提高出料温度,将输出的物料直接供给下游装置加工处理,以避免物料的冷却和再加热.节约上游装置的冷却以及下游装置的加热用能消耗装置间的热联合;热联合是指将一个装置产生的多余的热量输送至另外一个装置作为加热工艺介质的热源,以充分利用高温位热量达到降低能耗的目的如催化裂化装置与气体分馏装置之间的热联合、催化裂化装置与常减压蒸憎装置之间的热联合等热联合包括直接热联合和间接热联合两种方式,直接热联合是指用一个装置的热物料直接加热另外一个或几个装置的物料,间接热联合就是用一个或多个装置的热物料先加热某一热载体,然后再用此热载体去给 -个或多个需要供热点供热，一般情况下,热载体是循环使用的芳胫装置;芳胫装置能量深度集成技术、低温余热发电成套技术催化汽油脱硫装置;低温余热发电成套技术柴油加氢,航煤加氢,催化裂化、加氢裂化等装置:工艺物流余热发电成套技术,大温差换热技术等 12
GB/39091一2020 常减压,催化裂化和焦化等装置;余热制冷技术,余热制冷代替循环水冷却用于吸收稳定系统在节能的同时提高产品收率的技术等重整装置和饱和气回收等装置:余热制冷代替氨冷/电冷机组技术加热炉;利用加热炉烟气余热的耐腐蚀高效空气预热器技术等 D.4综合集成技术典型石化企业余热梯级利用主要综合集成技术包括但不限于芳姬装置能量梯级利用技术;综合考虑芳胫联合装置工艺流程长,循环物料多,分离过程复杂分馏塔数目多,塔顶冷凝低温热量多,余热热源温位低,难以在联合装置内部得到利用等要素，采用芳胫装置能量深度集成与低温余热发电技术回收利用芳姬装置大量余热,实现芳姬装置能量梯级利用对二甲苯产量为60万吨/年的芳胫联合装置,其余热量大于100Mw,通过芳 Mw到外送电3Mw,装置能耗降低泾装置能量梯级利用技术,实现装置由受电15Mw 28% 芳胫装置能量梯级利用技术包括低压蒸汽发电部分和热水发电两部分,对于抽余液塔和抽出液塔,通过提高塔的操作压力 MPa0.5MPa低压蒸汽,用这同时,对于芳胫联合装置中其余温位更低的余热资源,因温度低、难以用来发生蒸汽,则采用热媒水系统与各个工艺物料分别进行串联/并联换热,回收的低温热集中送到热水发电机组发电热水发电部分在换热网络优化的基础上,充分范围内低温热源、和热阱的热量、温位及平面布置位置等具体条件建立性低温热系统,按照“温度对口,梯级利用”的原则,把分散在各个工艺装置的热源集中起来,再供给分散在不同地方,不同温位的热阱,在全局范围内实现低温热的充分及合理利用通过采用有机朗肯循环发电技术回收利用装置内温位相对较高热源相对集中的余热资源;通过采用余热制冷技术将低温热能转化成冷能,利用热水型潦化锂制冷机组产生冷水代替循环水,用于催化、焦化、气分等工艺装置,冷却塔顶油气等工艺介质提高产品收率;利用热媒水系统回收过剩低温余热用于厂区建筑物和生活区供暖,替代“高能低用”的供暖蒸汽,降低采暖成本通过余热发电、制冷、供暖等综合利用技术做到全厂余热“高能高用、低能低用”,使能量利用达到最优配置 D.5余热资源梯级利用方法示例以某石化企业为例,催化裂化、焦化,加氢裂化、柴油加氢、航煤加氢、催化汽油脱硫等装置存在大量低温余热资源,这些余热没有充分利用,还需要额外消耗大量电能和循环水采用空冷器和水冷器进行冷却,额外消耗大量电能和循环水同时,气分等装置的低温加热负荷仍在采用1.0MPa蒸汽,厂区建筑物和生活区供暖也消耗大量的1.0MPa蒸汽此外,重整装置和饱和气回收装置仍在采用高耗能的电制冷/氨制冷机组提供冷水全厂能耗高、存在“高能低用”现象,能量利用不合理综合考虑全厂范围内低温热源和热阱的热量、温位及总平面布置位置情况以及区域内工艺装置低温热的产生和消耗特点在工艺装置内热量优化利用的基础上将全厂低温热的回收利用划分为若干个区域,拓展同级利用、升级利用方式,形成全厂低温余热梯级综合利用系统在装置间直接热联合的基础上,优化各个区域低温热系统的设置,设计适宜的热媒水流量和温差,按照“温度对口,梯级利用”的原则,通过热媒水的串联并联换热,把分散在各个装置和单元的余热资源集中起来,再供给分散在不同地方,不同温位的热阱,实现冷热物流的匹配优化以及热量回收与利用的最大化区域热媒水系统示意流程如图D.1 13
GB/T39091一2020 置(热源缓冲罐 (密闭) 加热器热阱补水图D.1某石化企业区域热媒水系统示意流程图在被动利用装置余热基础上,进一步结合余热发电、余热制冷,热梨,余热供暖等各种低温余热利用技术的特点,针对不同余热利用技术途径-反馈提出各个装置的余热取热优化方向和要求通过方案优化,该企业的余热梯级综合利用项目设置为三个区域子系统: a 第一余热综合利用区域(包括焦化、高压加氢裂化和柴油加氢等装置):取出焦化、高压加氢裂化和柴油加氢等装置的低温热，、余热发电、余热制冷、热泵等 .街米用预热热力锅的除盐水综合利用技术的应用,节省了用于除盐水加热的热电锅炉除氧蒸汽,替代了饱和气回收装置的电制冷机组,制冷水用于焦化装置替代循环水,优化了操作条件,增产液化气 D)第二余热综合利用区域(包括3号催化裂化、气分和重整装置;利用催化裂化装置顶循、塔顶 -90C热媒水,供给气分装置分憎塔的重沸器使用,替代气分油气和轻柴油的余热产生70 装置存在高能低用的1.0MPa蒸汽,解决高能低用的问题根据新建重整装置用冷负荷、需求,结合吸收稳定部分各种优化操作方案的冷水负荷要求,反馈提出采用重整装置的余热优先制冷以满足冷量需求、剩余余热发电的方式,取热优化方向,实现了重整装置余热资源的余热发电和余热制冷优化组合利用第三余热综合利用区域(包括2号催化裂化、气分、催化汽油脱硫和航煤加氢等装置):根据该区域气体分榴等装置热阱负荷以及生活区冬季供暖负荷需求,结合余热发电、制冷、热泵、供暖等各种低温余热利用技术特点,反馈提出各个装置的余热取热利用优化要求,实现该区域各个装置余热资源的集成优化利用根据“高能高用低能低用”以及余热发电机组配置以“以热定电”的原则,将区域内催化汽油脱硫、航煤加氢等装置内温度相对较高的余热资源用于余热发电,其他装置内温位较低的余热资源优先用于冬季供暖和非采暖季余热制冷通过以上集成低温热回收,热量集成利用和热量梯度利用的节能措施,实现全厂余热资源综合有效利用. 14
GB/39091一2020 附录 E 资料性附录典型建材企业余热梯级利用总体思路与案例 E.1基本原则典型建材工业余热利用根据余热特性、余热品位,余热分布和用能需求确定余热利用具体方案,基本原则是确保余热利用不影响现有生产线的正常运行,不增加现有生产线的能耗和污染物排放量; 生产线提高用能效率,增强余热回收效果,尽可能回收高品位的余热; “高能高用、低能低用”,实现余热梯级利用,高效利用余热，余热回收设备适应余热特性,能够可靠、高效、稳定运转; 采取必要措施减少系统散热,漏风,不降低余热品位 E.2主要余热资源概况典型建材企业主要余热资源包括但不限于炉窑的烟气排放热;水泥窑,玻璃窑以及其他各类隧道窑、轮窑、道窑、烘干机等设备排放烟气携带的热量; 炉窑表面散热;水泥窑,玻璃窑以及其他各类隧道窑、轮窑、辗道窑,烘干机等设备的本体散热产品和中间产物携带的热量:水泥熟料,砖瓦、玻璃、陶瓷等产品携带的热量,干燥烘干烧成等工序原料及中间产物坯体携带的热量; 冷却空气吸收的热量;冷却空气在饱式冷却机、简式冷却机、退火炉等设备中从高温物料吸收的热量; 冷却水吸收的热量:工业设备冷却水吸收的热量 E.3 单项技术示例典型建材企业余热梯级利用常用单项技术示例如下水泥窑、玻璃窑烟气排放热;水泥窑和玻璃窑烟气余热经回收用于供暖,拖动、发电等; 隧道窑和辐道窑烧结产品显热和窑内高温烟气余热;烧结产品显热和窑内高温烟气余热经回收用于供暖、拖动、发电等; 水泥密厕体表面散热;水泥窑厕体散热经回收用于锅炉给水预热、供暖等; 水泥熟料显热:在笔冷机、筒式冷却机内通过冷却空气回收热量,除满足水泥生产需求外,剩余部分作为余热经回收用于供暖,拖动、发电等; 冷却空气带走的热量;使用冷却空气在冷机、筒式冷却机、退火炉等设备内回收余热用于供暖、拖动、发电等; 冷却水带走的热量冷却水余热经回收用于供暖等 15
GB/T39091一2020 E.4综合集成技术典型建材企业余热梯级利用主要综合集成技术包括但不限于水泥生产线;水泥生产线余热主要来自麾冷机和预热器废气以及回转窑胭体热辐射,其余热特性、余热品位和余热分布有所不同考虑余热发电以及水泥生产过程中物料烘干、供热制冷等对热源的不同需求,采用“回用、替代、提质、转换”等措施合理分配热能,将高品位的热量用于生产蒸汽发电或拖动设备,低品位的热量用于物料烘干和采暖,实现余热的“梯级利用”,降低水泥生产的综合能耗玻璃窑:玻璃生产主要余热来自熔窑废气余热和窑炉本体散热考虑余热特性和余热品位等要素,结合玻璃生产系统切裁和装箱工段的热风供暖、供热制冷、用电等不同需求,通常回收熔窑废气余热用于发电、回收窑炉本体散热用于供暖制冷,实现玻璃生产线余热梯级综合利用醒道窑,崔道密;隧道富.-能道富内的制品烧结后在冷却过醒中释放的热量被冷却空气吸收产生热风,急冷段和缓冷段热风品位高,快冷段热风品位低按照余热“梯级利用”的原则将冷却带快冷段250C以下的低品位热风用于生坯干燥,将冷却带急冷段、缓冷段的高品位热风用于助燃或加热助燃空气在满足生坯干燥和助燃以外,多余的热量采用辐射式余热锅炉产生蒸汽,使能量得到高效利用 E.5余热资源梯级利用方法示例 E.5.1水泥生产线余热梯级利用示例常规水泥线生产工艺窑尾预热器排放的废气温度约300C,窑尾废气先由增湿塔喷水降温再引人窑尾收尘器或部分用于原、燃料烘干原料粉磨、烘干系统多采用立磨或辑压机终粉磨工艺,系统要求的废气温度小于250C,废气人磨前往往需要掺人空气进一步降温窑头冷机通过冷却空气冷却熟料,分为高温热回收区,中温冷却区、低温冷却区,高温热回收区热风人窑系统助燃,中温冷却区热风除少量煤粉烘干,大部分与低温冷却区热风混合，经空气冷却器或掺人冷风,喷水降温后引人窑头收尘器上述情况导致能源浪费.大量烟气余热未得利用就被排放,即使用于原、燃料烘干,也要降低热风品位以适应设备要求针对以上问题,为降低水泥生产的能耗,有必要调整水泥线热能的使用方式,实现余热资源的梯级利用,如图E.1所示窑头、窑尾设余热锅炉生产蒸汽用于发电或设备拖动;窑尾废气先经窑尾余热锅炉降温再引人窑尾收尘器或用于原、燃料烘干,无需喷水、掺冷风降温;窑头冷机中温冷却区热风先经窑头余热锅炉降温,再与低温冷却区热风混合后引人窑头收尘器或回送至冷机再循环,也无需风冷喷水、掺冷风降温回转窑嗣体辐射热也可回收利用,设置集热罩生产热水用于厂区供暖通过上述措施,余热资源得到充分、高效利用,经济效益、社会效益显著 16
GB/T39091一2020 原料原煤仓配料站原魁粉磨系统 .S余热钢炉余烘干机粉磨机煤磨选粉机增湿塔生料均化库停止喷水选粉机余热发电系统细粉生料输送 SP余热锅炉你气《热源 SP余热预热器锅炉煤粉分解炉煤粉仓水蒸气发电机电能冷减水回用汽轮机体表面设置集热煤粉拖动机械设备回转窑其他用途水蒸气除尘烈回收辆射热产热水取暖或制冷 AOC 钻替饱冷机余热锅炉熟料库府头锅炉余气一09 图E.1水泥生产线余热梯级利用系统图 E.5.2隧道式窑炉余热梯级利用示例采用隧道窑生产砖瓦,陶瓷的过程中,坯体经过烧成带后温度达到1000C左右,进人冷却带由冷却空气回收大部分热量并产生热风,少量未释放出来的低品位热量随坯体送至窑体外自然散发隧道窑冷却带分为急冷段、缓冷段和快冷段;急冷段冷却速度快、热风品位高;缓冷段为防止坯体开裂,冷却速度慢、热风品位较低;快冷段冷却速度快、热风品位低根据隧道窑冷却带的特性，按照余热“梯级利用”的原则,热风按品位进行高效利用:将冷却带 250C以上的中,高温风,部分用作助燃风或加热助燃空气，部分用于余热锅炉生产蒸汽和热水,将 250C以下的热风送人干燥窑用于干燥生坯余热梯级利用方案如图E.2所示根据实际需求,余热锅炉产生的水蒸气优先选择供暖、制冷或洗浴等生活用热,然后再选择热电联供或其他用途;年产量在 1亿块(折标)以上规模的砖瓦企业和日产量在3万m以上的建筑陶瓷生产企业宜选择热电联供的余热利用方案不论是在隧道式窑炉的高温带还是冷却带布置余热锅炉的换热装置,必须与硅酸盐制品对高温带烧成温度的严格要求和冷却过程再结晶的特性结合,否则会影响产品的质量 17
GB/T39091一2020 蒸低温空高温带余热锅炉冷却带余热锅炉低温烟气引风机燃料排潮风机干燥窗隧道宿热空气鼓风机冷却懂鲜里推破坯产幅出富引风机热风(120~160 图E.2隧道式窑炉余热梯级利用系统图 18
GB/39091一2020 附录资料性附录典型火电企业余热梯级利用总体思路与案例 F.1基本原则典型火力发电行业的余热利用根据余热资源的品质来确定使用的回收设备及用途,基本原则是余热资源的回收利用不能降低电厂供电效率根据余热资源的特点及品质来确定余热资源的回收方式及用途; 余热资源优先用于本企业的生产过程余热资源的回收利用需综合考虑其经济性 F.2主要余热资源概况典型火电企业主要余热资源包括但不限于: 锅炉烟气余热;锅炉或余热锅炉排烟中所携带的热量; 锅炉排渣余热;锅炉燃煤过程中所产生灰渣携带的热量; 汽轮机排汽余热:汽轮机排汽所携带的热量 F.3 单项技术示例典狠火电企业余热梯级利用常用单项技术示例如下锅炉烟气余热锅炉烟气余热回收可用于加热凝结水.,供暖、制冷,海水谈化以及物料干燥等锅炉排渣余热,锅炉排渣余热回收可用于加热凝结水、供暖、制冷等; 汽轮机排汽余热;汽轮机排汽余热回收可用于供暖、保温等 F.4综合集成技术综合火力发电过程中的锅炉送风流量、烟气流量、排烟温度、排渣量、排渣温度,汽轮机抽汽温度、排汽温度以及各级凝结水加热器的进出口水温，同时根据电厂供热或制冷负荷需求,或者是否有海水淡化、物料干燥等特殊需求,按照温度匹配原则选择合理的余热回收及利用方式,做到余热资源最大程度的利用 F.5余热资源梯级利用方法示例对于燃气电站,需尽可能的降低排烟温度以回收烟气余热,甚至回收烟气中部分水蒸气的冷凝潜热,这样可减少汽轮机的供热抽汽流量,在保持供暖负荷不变的情况下多发电量,减少热能浪费,增加电厂效益对于燃煤火电机组,可能需要利用的余热资源有锅炉排烟,排渣余热以及汽轮机排汽余热锅炉排烟温度的选取需要综合考虑了烟气低温腐蚀,换热温差以及系统的经济性等因素后确定但在某些情况下,比如燃煤含水量较高(燃用褐煤或煤泥)或者因为其他原因造成烟气流量过大,就会出 19
GB/T39091一2020 现排烟温度过高的现象,此时即使进一步增加空预器的受热面,也不能有效的降低锅炉排烟温度,那么降低锅炉的排烟热损失,就需要对锅炉的烟气余热进行利用;同时,如果锅炉排渣量大且温度较高,灰渣的余热资源也必须回收利用,如图F.1所示在图F.1中,根据温度匹配原则,从锅炉省煤器出来的烟气大部分流经空预器加热锅炉送风,同时分出一小部分热烟气经过高温换热器和中温换热器加热凝结水,高温换热器的凝结水取自给水泵出口. 加热后与高压加热器出口给水混合后进人省煤器,中温换热器的凝结水根据烟气酸露点的高低取自某级低压加热器出口,加热后进人除氧器如果排烟温度还不能降至合理温度,需要在后面增加一个低温换热器,回收的热量用于供暖或制冷等如果发电过程中需要干燥煤泥或褐煤等湿粘物料,可以从低温换热器进口处或其他部位抽取部分温度合适的烟气对于大部分循环流化床锅炉机组,因底渣的总量较大且温度很高,所以需要利用冷渣机回收其携带的热量,该部分热量可以用来加热凝结水,也可以用于供暖或制冷等热烟气去炉主蒸热空气 913 供热冷空气乏烟热液冷渣供热回水供热/制冷等说明汽轮机; 发电机凝汽器; 低温换热器; 高温换热器; 冷渣机; 空预器; 省煤器各级低压加热器 10 除氧器; 各级高压加热器 1l 12 凝结水泵 13 给水泵; 14 -调节阀图F.1燃煤火力发电厂锅炉余热资源利用案例如果热力发电厂周围有较大的居民采暖负荷,则可以考虑充分利用汽轮机排汽余热进行供热,可以 20
GB/39091一2020 采用压缩式热泵或吸收式热泵利用汽轮机排汽余热进行供暖,如图F.2与图F.3所示在图F.2中,由凝汽器出来的循环水一部分进人凉水塔,另一部分则进人供热管网供热管网将循环水输送到各个热用户后,作为压缩式热泵的低温热源,由大型高效的压缩式热泵为热用户提供采暖热水 ,这样就可以替代汽轮机的采暖抽汽循环水热量释放给压缩式热泵后输送回电厂,直接进人凝汽器或与凉水塔底部的冷水混合后进人凝汽器由于循环水的温度较低,相同情况下,管网热损失大大减轻;当采用高效压缩式热泵时,热泵的耗电量总量将小于汽轮机增加的发电量,从而增加了整个系统的效能该种采暖方式不影响汽轮机的调峰能力,同时汽轮机排汽的一部分热量用于采暖,所以凉水塔的散热负荷也显著降低,减少了冬季发电过程中的水资源消耗在图F.3中,汽轮机的抽汽作为吸收式热泵的驱动热源,从汽轮机排汽中吸收部分余热资源,供暖回水被吸收式热泵加热后,如果温度不足,可以利用汽轮机抽汽进一步加热后提供给热用户这样可以利用汽轮机采暖抽汽与供热管网热水之间的品位差,增加了机组的供热量热用户1 1主燕汽热用户2 管网热用户n 说明 -汽轮机 -发电机; -凝汽器; -采暖梨 -压缩式热泵; -凉水塔 -循环水系; -凝结水泵图F.2热力发电厂汽轮机排汽余热资源利用案例I 21
GB/T39091一2020 主燕汽供热出水冷却水供热回水说明: 汽轮机发电机; 凝汽器加热器; 发生器; 冷凝器; 回热器; -吸收器，蒸发器; 10 循环泵; 凝结水系 l 调节阀 12 图F3热力发电厂汽轮机排汽余热资源利用案例I 22

工业余热梯级综合利用导则GB/T39091-2020

随着能源需求的不断增长，工业生产过程中产生的大量余热成为了重要的能源资源。为了更好地综合利用工业余热，提高能源利用效率，GB/T39091-2020标准制定了有关工业余热梯级综合利用的导则和要求。

工业余热梯级综合利用的意义

工业余热梯级综合利用是指根据余热来源、温度梯度等特点，采用适当的技术手段对其进行综合利用，实现能源的重复利用和节能减排的目的。

工业余热梯级综合利用的意义在于：

提高能源利用效率，降低能耗和生产成本；
减少环境污染，降低温室气体排放；
促进清洁能源发展，推动可持续发展。

工业余热梯级综合利用的导则和要求

GB/T39091-2020标准中规定了工业余热梯级综合利用的导则和要求，主要包括以下内容：

余热来源、温度梯度和质量要求的确定；
余热梯级利用的选择和技术方案的确定；
节能减排效益的评价和计算方法；
余热梯级综合利用工程的设计、施工和投运等要求。

工业余热梯级综合利用的实践应用

在实际工业生产中，工业余热梯级综合利用已经得到广泛应用。以钢铁行业为例，高温余热可以用于蒸汽发电，中温余热可以用于热水供应，低温余热可以用于加热空调系统。

另外，一些新兴产业也开始关注工业余热梯级综合利用的机会。例如太阳能光伏产业中，电池片生产过程中需要大量高温工艺，产生的余热可以用于蒸汽发电，实现清洁能源的重复利用。

结论

GB/T39091-2020标准为工业余热梯级综合利用提供了有关导则和要求，旨在推动工业生产中的能源重复利用和节能减排。在实践应用中，工业余热梯级综合利用已经得到广泛应用，将在未来的清洁能源转型中发挥更加重要的作用。