余热回收

什么是余热回收

“余热回收”是一个“热集成”的过程，即对原本要处理或释放到大气中的热能进行再利用。通过回收余热，可以降低能源成本，降低二氧化碳的排放，同时提高能源效率。

余热回收的典型事例

几种常见于消费品的废热回收。例如，多家汽车制造商提供的涡轮增压汽车。

通常情况下，非涡轮增压汽车的内燃机在燃料燃烧后通过汽车的排气管排出热气体。这种气体既含有热能，又含有动能——其中一部分是可以回收的。涡轮增压发动机将热气体转送到涡轮上，涡轮用来旋转空气压缩机。压缩空气与汽化汽油一起被输送到发动机的燃烧室，以更少的燃料消耗获得更有效的发动和更大的动力。

工业余热回收的能源效益是相似的，本文通过一些实例加以分析。

省煤器

通常用于水加热的省煤器是最简单的余热回收装置之一。工厂工人会熟悉这些常用的回收余热设备。锅炉省煤器利用锅炉排放到废气管道中的气体产生的热能来预热锅炉给水，从而减少后续产生蒸汽所需的能量。根据美国能源部的说法，安装锅炉给水省煤器可以提高锅炉的热效率，降低燃料消耗5-10%。

余热锅炉（WHB）

利用类似于省煤器的原理，余热锅炉可回收工业厂房熔炉或放热化学反应产生的热量。这些地方包含大量的能量，不应该浪费在废气管道中。相反，可以通过获取这些能量用来在余热锅炉（WHB）中产生中低压蒸汽。WHB还可以从为了方便运输或储存而需要冷却的工艺流体中消除热量，并利用那些热量产生蒸汽。WHB产生的蒸汽可用于加热工艺，或驱动汽轮机发电、压缩蒸汽或泵送液体。WHB蒸汽可能含有大量水汽，因此建议安装高效率的汽水分离器和疏水阀的组合装置，以确保WHB向用汽工艺提供最佳质量的蒸汽。

热回收蒸汽锅炉（HRSG）

许多具有热电联产或联合循环系统的高效工业工厂使用燃气轮机（本质上是喷气发动机）发电，然后使用热回收蒸汽锅炉（HRSG）从余热中生成蒸汽。本节将阐释该过程的工作原理，以及HRSG是如何运行的。

借鉴前面汽车涡轮增压发动机的例子，把发动机换成喷气发动机。燃气轮机/喷气发动机是使用天然气燃烧的，它的废气含有极高温的蒸汽。如果不能获取到其热量和动能，这些蒸汽就会被简单地排到大气中。那么，应该如何像涡轮增压汽车那样利用余热呢？排出的热气需要驱动另一台汽轮机，所以废气通过HRSG产生过热蒸汽，对下游的汽轮机进行驱动。汽轮机既可以驱动发电机（联合循环系统），也可以只在工艺应用中使用蒸汽（热电联产（CHP））。HRSG既可以有一个汽包（如下面的动画所示），也可以有多个汽包和压力。也同时会有有自然循环的未燃种类（如下所示）和风道燃烧种类，均为额外的加热。管道燃烧增加了蒸汽产生，提升了质量，并可以创造过热蒸汽，甚至在涡轮机中产生更大动力。

吸收式冷冻机

一些高效能的热电联产系统可能会采用吸收式制冷机，利用废热产生的蒸汽来制冷。

吸收式制冷机的工作原理可分为以下几个阶段：

稀释的吸收液（60%溴化锂盐，40%水）在从吸收器到发生器的过程中，与冷凝液一起预热。
在发生器中，吸收性液体由蒸汽加热，蒸汽让其中的一些水汽化，使液体进一步浓缩。
浓缩的吸收液向下流向吸收器，在连续的循环中吸收更多的水。同时，水蒸气进入冷凝器。
在冷凝器中，冷却水使蒸汽液化并向下流向蒸发器，蒸发器具有接近真空的压力。
在进入蒸发器之前，冷凝水通过一个孔板或膨胀阀，从而节流，水在4.5°C［40°F］的情况下再次蒸发成冷雾。这就是制冷过程。低温蒸汽将热量从冷却回路中抽离，使其温度降低约5°C［9°F］。
当水雾从循环冷却水吸收热量时，其自身将被加热。但是，浓盐溶液的强大吸引力将水吸入浓缩吸附剂，并进入吸收器。在这个过程中，蒸发器中产生了接近真空的压力。