能源梯級利用

能源合理利用的一種方式。不管是一次能源還是余能資源，均按其品位逐級加以利用。高、中溫蒸汽先用來發電（或用於生產工藝），低溫餘熱用來向住宅供熱。所謂能量品位的高低，是用它可轉換為機械功的大小來度量。

基本介紹

• 中文名：能源梯級利用
• 外文名：energy cascade use
• 特點：能源合理利用的一種方式
• 作用：是節能的重要措施

概述

能源梯級利用（energy cascade use），由於熱能不可能全部轉換為機械功，因而，與機械能、電能相比，其品位較低。熱功轉換效率與溫度高低有關，高溫熱能的品位高於低溫熱能。一切不可逆過程均朝著降低能量品位的方向進行。能源的梯級利用可以提高整個系統的能源利用效率，是節能的重要措施。

（1）乾熄焦（CDQ）餘熱回收與發電技術

工作原理：從炭化室內推出的紅熱焦炭，在冷卻室內與循環氮氣相對運動，進行直接傳熱，紅焦在冷卻後經排焦設備排出；循環氮氣升溫到800℃左右，加熱鍋爐純水產生蒸汽，供生產使用，多餘部分經過發電機產生電力供入公司內部電網。全年乾熄焦鍋爐回收蒸汽可供應全廠94.6%中壓蒸汽、33.3%低壓蒸汽。

（2）燒結餘熱回收技術

餘熱回收工作原理：正常生產時燒結環冷機每小時產生320℃以上廢氣約50萬m3，從燒結環冷機排氣，經除塵器、與餘熱鍋爐進行熱交換產生蒸汽送蒸汽管網後，廢氣再經循環風機回氣管接至環冷機繼續冷卻燒結礦。燒結餘熱回收蒸汽已成為公司重要蒸汽發生源之一。

（3）利用熱管技術回收低溫餘熱

大型高爐熱風爐的排煙量高達40萬m3/h左右，其平均排煙溫度250℃以上，若降低到130℃，相當於每年可回收2萬噸標準煤。

（4）轉爐餘熱回收系統

工作原理是：轉爐在冶煉過程中會產生大量約1450℃高溫煙氣，通過轉爐汽化冷卻裝置，回收煙氣餘熱產生蒸汽的同時，降低溫度的轉爐煙氣送入除塵及煤氣回收系統。產生的蒸汽供煉鋼生產使用，多餘部分供公司管網。

（5）熱軋加熱爐汽化冷卻工藝

汽化冷卻裝置的循環水在加熱爐冷卻構件中吸熱和變成汽水混合物，使冷卻構件得到充分冷卻。汽水混合物經汽包分離出的蒸汽，供區域自用，多餘部分送至蒸汽管網。

（6）爐窯煙氣餘熱鍋爐

餘熱回收蒸汽及發電

（1）熱水加熱低沸點工質發電

根據熱水溫度較低的特點，通過餘熱鍋爐加熱液態低沸點循環工質，產生低沸點循環工質蒸汽，循環工質蒸汽進入膨脹機發電，發電後的循環工質通過冷凝器冷卻成液體，再通過泵送入餘熱鍋爐產生蒸汽。

（2）熱水閃蒸產生飽和蒸汽發電

一定壓力的熱水進入擴容器後，由於壓力降低閃蒸產生蒸汽，蒸汽從擴容器上部排出送入汽輪機發電。通常可以採用二級擴容方法提高系統發電效率。

蒸汽余壓回收發電

蒸汽差壓發電通常可採用背壓式汽輪機來實現，但其不僅對蒸汽品質有較高的要求，而且前期投資較高，難以適用於流量變化範圍大、壓力波動較大、品質較低的飽和蒸汽。此種情況下，可考慮採用螺桿膨脹機發電，螺桿膨脹機要求工作介質可以是過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽液兩相或熱液；工作介質的壓力一般控制在1.5MPa以下；工作介質的溫度一般控制在250℃以下。工作介質進入機內陰陽螺桿間齒槽，推動螺桿轉動。隨著螺桿轉動，齒槽間的容積逐漸增大，介質降壓降溫膨脹做功，最後從齒槽末端排出。功率從主軸陽螺桿輸出，或通過同步齒輪從陰螺桿輸出，驅動發電機發電。蒸汽壓差螺桿膨脹動力機發電熱力系統，蒸汽進入螺桿膨脹機做功降壓後，蒸汽進入低壓管網送至工藝設備使用，熱用戶僅將減溫減壓閥作系統旁路備用。

3.4 其它技術

結合現場餘熱資源及熱用戶的具體情況，可考慮採用移動式蓄能供熱技術增加供熱距離，拓展熱用戶；採用熱泵技術在內的熱電冷三聯產技術套用以提高系統能源利用效率。

能源的梯級利用

能源的梯級利用包括按質用能和逐級多次利用兩個方面：

（1）按質用能就是儘可能不使高質能源去做低質能源可完成的工作；在一定要用高溫熱源來加熱時，也儘可能減少傳熱溫差；在只有高溫熱源，又只需要低溫加熱的場合下，則應先用高溫熱源發電，再利用發電裝置的低溫餘熱加熱，如熱電聯產。

（2）逐級多次利用就是高質能源的能量不一定要在一個設備或過程中全部用完，因為在使用高質能源的過程中，能源的溫度是逐漸下降的（即能質下降），而每種設備在消耗能源時，總有一個最經濟合理的使用溫度範圍。這樣，當高質能源在一個裝置中已降至經濟適用範圍以外時，即可轉至另一個能夠經濟使用這種較低能質的裝置中去使用，使總的能源利用率達到最高水平。

雖然能源梯級利用是針對發電和供熱企業提出的，但可以廣泛地擴展到製冷、深冷、化工、冶金等各種工業過程，必要時可用熱泵來提高熱源的溫度品位後再利用。不同的企業對能量的等級要求是不一樣的，可以根據各用能企業的能級需求的高低構成能量的梯級利用關係，高能級熱源經上一級企業使用後降為低能級熱源，供給需求低的企業使用。能量的梯級利用能夠有效地滿足各單位的用能需要，而不增加能源消耗，極大地提高能源利用率。