《工業餘熱資源綜合梯級利用方法》是上海寶鋼節能環保技術有限公司於2014年12月12日申請的專利，該專利的公布號為CN104457300A，授權公布日為2015年3月25日，發明人是曹先常。
《工業餘熱資源綜合梯級利用方法》針對一工業區域中一工藝系統中的一設備，該方法包括：S1：“回用”，該設備工業生產中伴生餘熱資源優先被套用於該設備中；S2：“替代”，經過步驟S1，若有富餘熱能，則優先被套用到該設備所在工藝系統中，其次套用到所在工業區域內其它工藝系統中，最後套用到該工業區域外；S3；“提質”，經過步驟S1和S2，若還有富餘熱能未能被套用，則利用外部高品位能源提升富餘熱能品位；S4：“轉換”，經過步驟S1至S3後，若還有富餘熱能未能被套用和提升，則將其轉化為其他形式的能源。
2017年12月11日，《工業餘熱資源綜合梯級利用方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《工業餘熱資源綜合梯級利用方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：工業餘熱資源綜合梯級利用方法
- 申請人：上海寶鋼節能環保技術有限公司
- 申請日：2014年12月12日
- 申請號：2014107686445
- 公布號：CN104457300A
- 公布日：2015年3月25日
- 發明人：曹先常
- 地址：上海市寶山區克山路550弄7號商務樓2、3層
- Int.Cl.：F27D17/00(2006.01)I
- 代理機構：上海漢聲智慧財產權代理有限公司
- 代理人：胡晶
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
冶金、電力、化工、石油、水泥、輕工、製造工業等領域在生產同時伴生大量高、中、低溫餘熱資源，除了部分回收外，大量未被回收的餘熱資源放散到大氣或周邊環境中，導致能源浪費、環境污染、成本上升等不利因素。餘熱資源回收與利用是工業節能領域長期研究熱點和關注方向，甚至是某些行業企業發展和生存的關鍵要素。
2014年前工業等領域力圖大力加強餘熱資源的回收與利用，但餘熱回收不徹底、利用效率低。具體問題包括：（1）高溫餘熱資源回收低品位能源，導致能源“質”的損失；（2）沒有考慮餘熱資源特點，利用單一技術僅“淺層”回收中高溫餘熱，大量低溫餘熱沒有“深度”回收，導致餘熱回收效率低下；（3）缺乏系統最佳化，餘熱回收後，沒有匹配用戶使用而放散，導致“高效”回收、低效利用；（4）沒有處理好不同利用方式對效率的影響，特別是熱交換與能源轉換之間效率差異，導致不必要的能源轉換損失。導致工業等領域餘熱回收利用效率低下主要是因為能源梯級利用的基本理論與現場實踐存在巨大鴻溝，基層能源管理缺少可以實際操作的能源梯級利用方法所致。
發明內容
專利目的
《工業餘熱資源綜合梯級利用方法》要解決的技術問題是基層能源管理缺少可實際操作的餘熱資源梯級利用方法，難以將能源梯級利用的基本理論套用到現場實踐，從而導致工業餘熱回收利用率低。
技術方案
《工業餘熱資源綜合梯級利用方法》該方法包括：
S1：“回用”，該設備工業生產中伴生餘熱資源優先被套用於該設備中；
S2：“替代”，經過步驟S1，若有富餘熱能，則優先被套用到該設備所在工藝系統中，其次套用到所在工業區域內其它工藝系統中，最後套用到該工業區域外；
S3；“提質”，經過步驟S1和S2，若還有富餘熱能未能被套用，則利用外部高品位能源提升富餘熱能品位；
S4：“轉換”，經過步驟S1至S3後，若還有富餘熱能未能被套用和提升，則將其轉化為其他形式的能源。
可選的，在所述步驟S1中，通過以下措施至少之一實現餘熱資源的被套用：熱設備狀態維護、高效燃燒、保溫管理、空燃比控制最佳化、空氣預熱、燃料預熱。
可選的，在所述步驟S2中，通過以下措施至少之一實現餘熱資源的被套用：替代燃料、替代蒸汽、替代電力。
可選的，在所述步驟S3中，通過以下措施實現富餘熱能品位的提升：熱泵技術、蒸汽噴射技術、低質高用技術、再燃加熱技術。
可選的，在所述步驟S4中，通過以下措施至少之一實現富餘熱能的轉化：餘熱發電、餘熱製冷。
可選的，在所述S1至S3三個步驟中，通過熱交換或熱量傳遞實現餘熱被套用。
該發明還提供了一種鋼鐵工業餘熱資源梯級利用方法，採用了該發明提供的餘熱資源梯級利用方法。
所述工藝系統至少包括焦化系統、燒結系統、球團系統、高爐系統、轉爐煉鋼系統、電爐煉鋼系統、軋鋼系統以及公用系統。
改善效果
《工業餘熱資源綜合梯級利用方法》綜合考慮設備、系統、區域、社會四個不同範圍，以及熱量直接交換效率高、能源轉換利用效率低的因素，提出一套系統設計方法，從而為工業區域餘熱資源綜合梯級利用提供了具體可行措施，從而解決如何實現能源梯級利用的問題，實現餘熱資源綜合梯級利用和能源利用效率最大化。
附圖說明
圖1是《工業餘熱資源綜合梯級利用方法》一實施例提供的流程示意圖；
圖2是該發明一實施例中鋼鐵工業餘熱資源綜合梯級利用方法的具體實施系統的示意圖。
技術領域
《工業餘熱資源綜合梯級利用方法》涉及能源高效利用領域，尤其涉及一種工業餘熱資源綜合梯級利用方法。
權利要求
1.一種工業餘熱資源綜合梯級利用方法，針對一工業區域中一工藝系統中的一設備，該方法包括：
S1：“回用”，該設備工業生產中伴生餘熱資源優先被套用於該設備中；
S2：“替代”，經過步驟S1，若有富餘熱能，則優先被套用到該設備所在工藝系統中，其次套用到所在工業區域內其它工藝系統中，最後套用到該工業區域外；
S3；“提質”，經過步驟S1和S2，若還有富餘熱能未能被套用，則利用外部高品位能源提升富餘熱能品位；
S4：“轉換”，經過步驟S1至S3後，若還有富餘熱能未能被套用和提升，則將其轉化為其他形式的能源。
2.如權利要求1所述的工業餘熱資源綜合梯級利用方法，其特徵在於：在所述步驟S1中，通過以下措施至少之一實現餘熱資源的被套用：熱設備狀態維護、高效燃燒、保溫管理、空燃比控制最佳化、空氣預熱、燃料預熱。
3.如權利要求1所述的工業餘熱資源綜合梯級利用方法，其特徵在於：在所述步驟S2中，通過以下措施至少之一實現餘熱資源的被套用：替代燃料、替代蒸汽、替代電力。
4.如權利要求1所述的工業餘熱資源綜合梯級利用方法，其特徵在於：在所述步驟S3中，通過以下措施實現富餘熱能品位的提升：熱泵技術、蒸汽噴射技術、低質高用技術、再燃加熱技術。
5.如權利要求1所述的工業餘熱資源綜合梯級利用方法，其特徵在於：在所述步驟S4中，通過以下措施至少之一實現富餘熱能的轉化：餘熱發電、餘熱製冷。
6.如權利要求1所述的餘熱資源綜合梯級利用方法，其特徵在於：在所述S1和S3步驟中，通過熱交換或熱量傳遞實現餘熱被套用。
7.一種鋼鐵工業餘熱資源梯級利用方法，其特徵在於：採用了如權利要求1至6任意之一所述的餘熱資源梯級利用方法。
8.如權利要求7所述的鋼鐵工業餘熱資源梯級利用方法，其特徵在於：所述工藝系統至少包括焦化系統、燒結系統、球團系統、高爐系統、轉爐煉鋼系統、電爐煉鋼系統、軋鋼系統以及公用系統。
實施方式
參考圖1，該實施例提供了一種工業餘熱資源綜合梯級利用方法，針對一工業區域中一工藝系統中的一設備，該方法可以進一步詳細分為四個層級，該四個層級分別對應下文所述的四個步驟S1至S4，
該方法包括：
S1：即第一層級：“回用”，該設備工業生產中伴生餘熱資源優先被套用於該設備中；主要通過以下措施至少之一實現餘熱資源的被套用，當然也並不限於此：熱設備狀態維護，指的是特定的熱設備狀態完好時，保持設備在熱效率區域運行，減少設備餘熱資源發生量；高效燃燒，指的是利用高效燃燒器提供燃燒效率，減少燃燒不完全損失，減少設備餘熱資源發生量；保溫管理，指的是指的是通過管理實現保溫狀態完好，減少散熱損失，節約燃料，減少設備餘熱資源發生量；空燃比控制最佳化，指的是通過控制最佳化，實現燃料與空氣合理配比，既要防止無完全燃燒損失，又要避免過量空氣係數偏大；空氣預熱、燃料預熱，指的是利用換熱設備回收伴生餘熱預熱設備所需的空氣、燃料。
針對不同的設備可以採取以上不同的措施，該領域技術人員應能從上文的描述中知曉各措施具體的手段，不會導致不清楚的問題。
結合到圖2示意的鋼鐵工業餘熱資源梯級利用方法中，可具體為利用換熱器將餘熱資源回收利用到該設備中；
S2：即第二層級：“替代”，經過步驟S1，若有富餘熱能，則優先被套用到該設備所在工藝系統中，其次套用到所在工業區域內其它工藝系統中，最後套用到該工業區域外；通過以下措施至少之一實現餘熱資源的被套用：替代燃料、替代蒸汽、替代電力。
S3；第三層級：“提質”，經過步驟S1和S2，若還有富餘熱能未能被套用，則利用外部高品位能源提升富餘熱能品位，進而可以對提升後的富餘熱能進行利用；在所述步驟S3中，通過以下措施實現富餘熱能品位的提升：熱泵技術，指的是熱泵可以從低溫熱源中提取熱量用於供熱，實現低溫餘熱與用戶匹配；蒸汽噴射技術，指的是依據利用外部能源提升低品位蒸汽品位（壓力）實現富餘低壓蒸汽再利用。
低質高用技術，指的是利用低質能源替代原先採用高質能源的場合，實現能級匹配。再燃加熱技術，指的是利用燃料將低品位餘熱進行提升到用戶需要的高品位熱能進行利用。當然，可採取的措施並不局限於此，領域內還有很多可供選擇。在所述S1至S3三個步驟中，通過熱交換或熱量傳遞實現餘熱被套用。
S4：第四層次：“轉換”，經過步驟S1至S3後，若還有富餘熱能未能被套用和提升，則將其轉化為其他形式的能源，主要措施包括餘熱發電、餘熱製冷。
在所述步驟S4中，通過以下措施至少之一實現富餘熱能的轉化：餘熱發電、餘熱製冷。同之前三個層次一樣，其具體的措施也不限於此。對於如何實現四個層次的優先次序，舉例來說，若熱能的載體，即熱源為液體或者氣體，可以通過不同的管道分別連線到四個層次的四類能源利用設備上，通過開啟和關閉液體或者氣體流通的時間、次序等來控制優先次序。這並非該發明著力請求保護的內容，該發明對於四個層次的逐級利用才是重點。
在所述S1至S3三個步驟中，通過熱交換或熱量傳遞實現餘熱被套用。對於第三層次和第四層次，並不對其套用於工業區域外、工業區域、工藝系統還是設備進行具體限定，只要滿足利用外部高品位能源提升富餘熱能品位及將其轉化為其他形式的能源即可。
參考圖2，其具體示意了一種鋼鐵系統中餘熱資源梯級利用的可行方案。其中以餘熱資源、回收技術、利用技術以及用能終端來示意整個能源的流轉。從餘熱資源通過回收技術回收的熱能以四個步驟進行分配，可以通過利用技術進行轉移、轉化、儲能等處理。該方法主要涉及回收與利用兩大環節，充分體現了餘熱資源特性、回收高效性、利用匹配性、用能終端經濟性，體現了“一個中心、四個層級”系統設計思路，實現能源利用效率最大化。
在該實施例中，高溫與低溫的描述是相對的概念，所採用的系統設計思路是一致的，但由於高溫與低溫品位的差異，導致可利用技術手段不同。圖2的實施例中，第一層級（S1）“回用”涉及設備本體內部，例如圖中所示經換熱器直接回用到設備的餘熱資源；第二層級（S2）“替代”有多處採用，例如：通過餘熱鍋爐回收富餘熱能，替代鋼鐵生產工藝系統中外部過熱蒸汽需求，圖中的工藝供熱與餘熱替代工藝用蒸汽都是這一層級。第三層級（S3）“提質”也有採用，例如圖中所示的熱泵技術。第四層級（S4）“轉換”有多處採用，例如圖中所示低溫餘熱發電技術、有機工質朗肯發電、高效小型渦輪機、蒸汽背/差壓發電等。
在該實施例中，所述工藝系統至少包括焦化系統、燒結系統、球團系統、高爐系統、轉爐煉鋼系統、電爐煉鋼系統、軋鋼系統以及公用系統。亦可表述為：所述工藝系統為焦化系統或燒結系統或球團系統或高爐系統或轉爐煉鋼系統或電爐煉鋼系統或軋鋼系統或公用系統。在明確這些系統名稱的情況下，該領域技術人員應能知曉其具體指代的系統與系統中的設備。
榮譽表彰
2017年12月11日，《工業餘熱資源綜合梯級利用方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
