工業(yè)園區(qū)余熱集成利用研究

喬婧 尚建程 陶磊 桑換新 葛永慧（1.天津環(huán)科環(huán)境咨詢有限公司天津3004572.天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院天津300191）

工業(yè)園區(qū)余熱集成利用研究

喬婧1，2尚建程1，2陶磊1，2桑換新1，2葛永慧1，2
（1.天津環(huán)科環(huán)境咨詢有限公司天津3004572.天津市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院天津300191）

我國(guó)工業(yè)余熱資源量大但利用率偏低。工業(yè)入園區(qū)便于實(shí)現(xiàn)同類企業(yè)、上下游企業(yè)的集群化的同時(shí)，亦有助于實(shí)現(xiàn)余熱資源的有效分配。從園區(qū)層面以系統(tǒng)工程的角度，分析園區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)單元余熱潛力，根據(jù)不同行業(yè)、產(chǎn)品、工藝的用能質(zhì)量需求，規(guī)劃和設(shè)計(jì)余熱能源利用流程，實(shí)現(xiàn)余熱資源的集成利用，可較大幅度降低園區(qū)的整體能耗。在分析工業(yè)園區(qū)余熱利用現(xiàn)狀和典型案例的基礎(chǔ)上，提出工業(yè)園區(qū)余熱集成化利用的建議。

工業(yè)園區(qū)；余熱；集成利用

1 前言

工業(yè)企業(yè)是我國(guó)的用能大戶，其能耗占比70%以上，在工業(yè)能耗中約50%以上的能量未被有效利用轉(zhuǎn)化為余熱[1]，充分利用這些余熱資源是降低工業(yè)能耗和減少污染物排放的有效途徑。目前工業(yè)企業(yè)由于余熱需求匹配能力不足、對(duì)余熱重視度不夠、系統(tǒng)化余熱利用設(shè)計(jì)能力不強(qiáng)等原因，對(duì)余熱的利用率較低。

工業(yè)園區(qū)是工業(yè)生產(chǎn)單元的聚集體，目前無論從產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、節(jié)能減排還是風(fēng)險(xiǎn)防控的角度都鼓勵(lì)工業(yè)入園區(qū)。工業(yè)入園區(qū)便于實(shí)現(xiàn)同類企業(yè)、上下游企業(yè)的集群化的同時(shí)，亦有助于實(shí)現(xiàn)余熱資源的有效分配。從園區(qū)層面以系統(tǒng)工程的角度，分析園區(qū)內(nèi)各生產(chǎn)單元余熱潛力，根據(jù)不同行業(yè)、產(chǎn)品、工藝的用能質(zhì)量需求，規(guī)劃和設(shè)計(jì)余熱能源利用流程，實(shí)現(xiàn)余熱資源的集成利用，可較大幅度降低園區(qū)的整體能耗。有研究表明，園區(qū)總能耗甚至可降低50%[2]。

2 工業(yè)園區(qū)余熱利用現(xiàn)狀

2.1 工業(yè)園區(qū)余熱種類及利用途徑

工業(yè)園區(qū)內(nèi)余熱種類主要包括煙氣余熱，冷卻介質(zhì)余熱，廢汽廢水余熱，化學(xué)反應(yīng)熱，高溫產(chǎn)品和廢渣余熱，可燃廢氣、廢料余熱以及設(shè)備余熱等，其中高溫?zé)煔庥酂岷屠鋮s介質(zhì)普遍存在，余熱總量較大，兩者約占據(jù)了工業(yè)余熱的70%[3]，對(duì)這兩大類余熱的利用也較普遍。目前各類余熱品種都有較為成熟的利用途徑，見表1。

表1 工業(yè)園區(qū)余熱種類及利用途徑

2.2 工業(yè)園區(qū)余熱利用案例分析

2.2.1 山東信發(fā)生態(tài)工業(yè)園

山東信發(fā)生態(tài)工業(yè)園內(nèi)主要行業(yè)涉及氧化鋁、電解鋁、碳素、燒堿、電石、PVC等，園區(qū)充分利用攜能高溫物料如熱堿、熱石灰、熔融態(tài)鋁水等供給下游需要對(duì)此物料加熱的企業(yè)，減少下游加熱過程的能耗，并回收鍋爐連排水的余熱用于供熱，同時(shí)將PVC生產(chǎn)過程副產(chǎn)的蒸汽、碳素煅燒煙氣余熱產(chǎn)蒸汽匹配給燒堿裝置、聚氯乙烯裝置和采暖使用，充分利用余熱的同時(shí)避免了能源浪費(fèi)，年節(jié)能12.42%，節(jié)能量約46.51萬噸標(biāo)煤[4]。

2.2.2 山東魯北生態(tài)工業(yè)園

山東魯北生態(tài)工業(yè)園內(nèi)主要行業(yè)涉及磷銨、硫酸、水泥、磷復(fù)肥等，在完善產(chǎn)業(yè)鏈的基礎(chǔ)上，將作為冷卻水?dāng)y帶余熱的海水用到海水產(chǎn)業(yè)鏈，利用高溫窯氣預(yù)熱水泥生料、鹽堿熱電聯(lián)產(chǎn)等措施，提高了園區(qū)整體的余熱利用效能，并通過用熱用戶電價(jià)優(yōu)惠[5]，實(shí)現(xiàn)了余熱供需雙方的協(xié)調(diào)合作。

2.2.3 安徽銅陵有色循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園

安徽銅陵有色循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園主要行業(yè)涉及硫酸、鐵球團(tuán)、碳酸二甲酯等，園區(qū)充分利用硫精砂焙燒過程中產(chǎn)生的反應(yīng)熱，通過余熱鍋爐回收熱量并用于發(fā)電，每年可發(fā)電約2.4億度，折合3萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤；同時(shí)園區(qū)內(nèi)還設(shè)置了熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用[6]。

2.2.4 浙江龍盛科技工業(yè)園

龍盛科技工業(yè)園主要行業(yè)涉及硫酸、焦炭、燒堿、纖維、紡織等，利用硫酸生產(chǎn)過程的余熱產(chǎn)生高壓蒸汽發(fā)電，利用副產(chǎn)低壓蒸汽供給染料生產(chǎn)等工藝用汽，中壓蒸汽使用后的低壓蒸汽、廢熱水用于制染料洗滌工藝用水、溴化鋰吸收制冷，滿足了整個(gè)園區(qū)的冷卻水供應(yīng)，冷軋薄鋼板廢熱尾氣管道輸送至染料廠干燥產(chǎn)品，園區(qū)實(shí)現(xiàn)了從高熱、低熱、熱水到冷水的能量梯級(jí)利用[7]。

2.2.5 天津臨港工業(yè)區(qū)

天津臨港工業(yè)區(qū)主要行業(yè)涉及石油化工、氯堿化工、煤化工等，通過熱泵技術(shù)回收利用了園區(qū)內(nèi)大型化工企業(yè)循環(huán)冷卻水中的低位熱能，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)區(qū)內(nèi)的居民區(qū)、服務(wù)區(qū)供暖，大幅節(jié)約了供熱能耗。

2.2.6 重慶“云計(jì)算”工業(yè)園

重慶“云計(jì)算”工業(yè)園是集高新科技產(chǎn)業(yè)、研發(fā)、城市商業(yè)金融服務(wù)、配套居住等多功能于一體的非生產(chǎn)型工業(yè)園區(qū)，園區(qū)無高品位余熱，配套電廠的冷卻水、云計(jì)算中心冷凍水回水可作為低品位余熱被回收用于園區(qū)供熱，在降低供熱能耗的同時(shí)，減少了工業(yè)園區(qū)廢熱的排放；在選擇余熱方案時(shí)利用SWOT分析法對(duì)余熱利用方案進(jìn)行對(duì)比，以輸配能耗、輸送能效比以及熱源水輸配熱損失、最大溫降為考核指標(biāo)，對(duì)輸配系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[8]。

根據(jù)以上案例分析，工業(yè)園區(qū)余熱集成利用是建立在充分的產(chǎn)業(yè)鏈分析基礎(chǔ)上，注重園區(qū)內(nèi)企業(yè)節(jié)能潛力分析，把可利用的余熱節(jié)點(diǎn)同用能節(jié)點(diǎn)有機(jī)聯(lián)系起來，加強(qiáng)余熱分析和回收的技術(shù)創(chuàng)新，經(jīng)濟(jì)、有效的將有價(jià)值的余熱回收用于適配的用戶，并從園區(qū)層面協(xié)調(diào)和推動(dòng)余熱供需雙方的合作激勵(lì)機(jī)制，提升園區(qū)內(nèi)企業(yè)的能源效率和競(jìng)爭(zhēng)力。工業(yè)園區(qū)余熱集成利用不僅僅是對(duì)園區(qū)產(chǎn)生的余熱展開回收利用優(yōu)化，也需要從源頭減少園區(qū)工藝余熱的產(chǎn)生，從源頭和終端兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)能量的高效利用。

余熱的利用倡導(dǎo)梯級(jí)利用及針對(duì)需求的余熱品質(zhì)提升，使余熱在園區(qū)內(nèi)及周邊有效的分享。在對(duì)余熱品種的選擇上，工業(yè)園區(qū)由僅重視較高品位余熱的回收和利用，如高溫?zé)煔狻⒒瘜W(xué)反應(yīng)熱等，發(fā)展到開始重視余熱量大的低品質(zhì)余熱的回收價(jià)值，如冷卻水余熱、設(shè)備余熱、低品味廢蒸汽余熱、蒸汽凝結(jié)水余熱等。在具體余熱利用方案選擇及指標(biāo)優(yōu)化過程中，根據(jù)企業(yè)不同余熱分析，結(jié)合生產(chǎn)條件、工藝流程、內(nèi)外能量需求和園區(qū)熱負(fù)荷，提出余熱集成及梯級(jí)利用等優(yōu)化方案，選擇出適宜的余熱利用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)間的余熱利用方式，縮短余熱從回收到使用環(huán)節(jié)的路徑，實(shí)現(xiàn)能量消耗最小化，并進(jìn)行熱源參數(shù)調(diào)控、輸送路徑優(yōu)化等方面的基礎(chǔ)研究，分析余熱回收項(xiàng)目的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性，使余熱效益最大化。

3 工業(yè)園區(qū)余熱集成利用的挑戰(zhàn)

3.1 余熱需求匹配

工業(yè)園區(qū)內(nèi)余熱載體多樣且存在工藝環(huán)境及場(chǎng)地的局限，因而余熱需求的匹配比較困難。在實(shí)踐中余熱利用往往因?yàn)檎也坏胶线m的接受企業(yè)而難以實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)余熱資源應(yīng)用的前提之一便是在相應(yīng)范圍內(nèi)具備熱負(fù)荷需求，在余熱需求匹配的基礎(chǔ)上落實(shí)利用方案。

3.2 余熱輸送限制

工業(yè)企業(yè)余熱除就地自用外，還將為園區(qū)其他用戶、園區(qū)周邊用戶供應(yīng)，余熱輸送距離長(zhǎng)可影響供熱品質(zhì)，且?guī)砟茉磽p失大、輸送能耗高的不利影響。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)余熱量的最大程度利用，則需要明確符合節(jié)能、經(jīng)濟(jì)性的余熱利用范圍[9]。同時(shí)余熱資源輸送管線的占地、跨空也需要統(tǒng)一協(xié)調(diào)和部署，增加了余熱工程的實(shí)施困難。

3.3 余熱利用系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與調(diào)度

工業(yè)企業(yè)內(nèi)部的余熱利用較為容易，而園區(qū)層面的余熱利用由于不同企業(yè)工藝、用能的差異以及不同的利益主體而使系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)和調(diào)度難度大而較難實(shí)施。

3.4 余熱利用激勵(lì)

余熱利用技術(shù)推廣和應(yīng)用還面臨經(jīng)濟(jì)性不明顯等問題，一些余熱利用技術(shù)的投資回收期長(zhǎng)，工程周期長(zhǎng)，企業(yè)動(dòng)力不足。同時(shí)余熱資源的需求方也需要一些價(jià)格、稅收上的激勵(lì)政策去承接余熱資源。

4 工業(yè)園區(qū)余熱集成利用的建議

4.1 設(shè)立工業(yè)園區(qū)能源優(yōu)化管理部門

工業(yè)園區(qū)余熱集成利用是個(gè)系統(tǒng)工程，實(shí)現(xiàn)能源的平衡與調(diào)度離不開園區(qū)層面的規(guī)劃、管理和制度支持，具體工作需要工業(yè)園區(qū)設(shè)立能源優(yōu)化管理部門，設(shè)置專業(yè)人士人負(fù)責(zé)入園企業(yè)的節(jié)能需求匹配和優(yōu)化調(diào)度，協(xié)調(diào)余熱供需雙方達(dá)成合作。

4.2 建立工業(yè)園區(qū)余熱資源數(shù)據(jù)庫，加強(qiáng)余熱信息共享

工業(yè)園區(qū)種類和規(guī)模各異，建立工業(yè)園區(qū)余熱資源數(shù)據(jù)庫，有助于總結(jié)行業(yè)余熱特點(diǎn)和余熱回收利用經(jīng)驗(yàn)，更好的分析工業(yè)園區(qū)能量集成系統(tǒng)的投入和產(chǎn)出，實(shí)現(xiàn)能量的有效匹配和按質(zhì)用能。

4.3 完善能源計(jì)量及能耗監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)

建設(shè)能耗監(jiān)控和分析系統(tǒng)，提高園區(qū)內(nèi)企業(yè)能源計(jì)量器具的配備率，為能源平衡分析、尋找余熱產(chǎn)生和利用節(jié)點(diǎn)以及掌握余熱產(chǎn)量和品質(zhì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4.4 建立激勵(lì)與推動(dòng)機(jī)制

一方面應(yīng)建立對(duì)余熱供方的激勵(lì)，如補(bǔ)貼、稅收等政策提高余熱回收企業(yè)的積極性；另一方面應(yīng)鼓勵(lì)園區(qū)企業(yè)優(yōu)先使用低成本余熱資源，提供電價(jià)、熱價(jià)、稅收優(yōu)惠等政策，使園區(qū)內(nèi)企業(yè)通過余熱交換、能量梯級(jí)利用構(gòu)建能量繼承系統(tǒng)，把互不相連的游離狀態(tài)發(fā)展成為緊密的合作伙伴；此外還需要建立產(chǎn)學(xué)研機(jī)制，創(chuàng)新、推介和引入先進(jìn)高效的余熱利用技術(shù)，提升整個(gè)余熱利用工程的可靠性。

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喬婧（1987-），女，工程師，主要從事節(jié)能環(huán)保及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急工作。