摘要：我国北方地区冬季按4个月计算低品位工业余热量约折合有1亿吨标煤，可以满足北方供暖地区一半以上的供暖热量需求。在工业节能势在必行、大气环境亟待改善、供暖热源建设迫在眉睫的历史当口，低品位工业余热应用于城镇集中供暖这一供暖理念已经得到了各级政府和全社会的广泛关注和认可。2015年10月由住建部和发改委联合发布的《余热暖民工程实施方案》明确指出到2020年，要以低品位工业余热替代燃煤供热20亿平米以上，同时要选择150个示范市(县、区)建成余热供暖项目。在开展低品位工业余热集中供暖实践过程中，需要解决余热高效采集、整合、输配、调节等关键问题。解决这些关键问题的实质就是将热源、热网、末端用户三者视为整体，统筹优化，系统化的打破低品位工业余热应用于城镇集中供暖的技术障碍，使得更多的低品位工业余热从工厂更经济地输配出去，更安全、可靠地被末端用户所利用。本文从理论分析切入，重点针对可以用于解决关键问题的技术和方法展开研究，紧密结合已实施的成功工程实例进行论证，以期对未来低品位工业余热应用于城镇集中供暖的大量实践提供引导与参考。

　　关键词：低品位余热集中供暖火积分析法余热采集降低回水温度系统调节

　　1背景

　　我国是全球第一大制造业国家，焦炭、黑色金属冶炼(钢铁)、有色金属冶炼、非金属制造、化工等行业数量众多，产品产量巨大。这些行业都是典型的高耗能工业部门，生产过程中有大量余热排放，品位不尽相同，但绝大多数是工业部门自身难以利用的低品位余热，包括有200℃以下的烟气、100℃以下的液体(特别是30-40℃的低温循环水)和需要冷却的固体产品等[1]。

　　根据宏观能耗和工业水耗数据进行的估算表明，我国北方供暖地区冬季平均时长按照4个月计算，上述高能耗工业部门排放的余热量可大约折合1亿吨标煤，造成工业水耗30亿立方米(与南水北调中线输水量规模相当)[2]。这些余热相当于2013年北方供暖总能耗的50%以上[3]，因此可以满足供暖的基础负荷需求。

　　2014年底，国家发改委能源所、中国节能协会节能服务产业委员会、能源基金会(中国)、清华大学建筑节能研究中心联合对我国工业大省河北省的低品位工业余热开展调研工作，重点调研对象为175家具有较大生产规模的钢铁、水泥、焦炭企业，如图1所示。这些企业主要分布于石家庄、唐山、邯郸三个城市及周边地区。其中，唐山、邯郸两地钢铁企业云集,石家庄、邢台、唐山三地水泥企业密布。整个河北省的高耗能工业企业一东一南，呈掎角之势包围京、津。2015年10月清华大学建筑节能研究中心就调研分析结果发布了《河北省低品位工业余热调研报告》[4]。该报告指出，就调研对象而言，钢铁行业低品位工业余热量约4.4万MW，炼铁的余热量最大，占总余热量的49%，其次是炼钢，余热量占到总余热量的18%，炼焦、烧结、轧钢三个工序余热量差别不大，分别占总余热量的10%左右。水泥行业低品位工业余热量约2155MW，中高温余热发电的乏汽余热量最大，占总余热量的53%，窑尾烟气占18%，窑头排气占16%，回转窑壁面占13%。按照河北省平均供暖热指标40W/m2，基础负荷则为20W/m2，若仅仅回收4.6万MW钢铁、水泥行业余热中的50%，可以承担近12亿平米建筑的基础负荷供暖需求，远远大于河北省当地的用热需求，若能形成有效的区域性的联网，则可以为京、津两地输送热量。

　　通过上述供热方案可以形成最大供热能力为323MW，按照迁西县40W/m2的热指标计算，可以为800余万m2的建筑供热，年供热量可达241万GJ，相比于燃煤锅炉热源，每年可以节约8.34万吨标煤。

　　6总结

　　《余热暖民工程实施方案》颁布已半年有余，北方各地低品位工业余热集中供暖的实践正如火如荼展开。本文基于火积分析理论研究并讨论了低品位工业余热应用于城镇集中供暖系统需要解决的若干关键技术问题，包括余热采集、整合、输配、调节等。解决这些关键问题的实质就是将热源、热网、末端用户三者视为整体，统筹优化，系统化的打破低品位工业余热应用于城镇集中供暖的技术障碍，使得更多的低品位工业余热从工厂更经济地输配出去，更安全可靠地被末端用户所利用。

　　对于余热采集，总结了低品位工业余热在采集过程中常见的两类共性问题，提出了解决方案，并针对常见的冲渣水余热提出了一种采用非接触式换热的冲渣水余热梯级取热系统。对于余热整合，开发出了一种运用T-Q图的余热整合工具，这套余热整合工具包含了夹点优化法、弃热、热泵技术等，可用于多热源取热流程的优化。对于余热输配，指出了降低回水温度的重要意义，并归纳了几种适用于低品位工业余热供暖系统的降低回水温度技术和系统形式。对于系统运行调节，指出工业余热承担基础负荷、多家工厂互相配合、锅炉等常规热源调峰是提高系统稳定性和调节性的好方法。

　　最后在河北省迁西县钢铁厂余热集中供暖的工程实例中应用了上述关键问题解决方法，取得了显著的经济效益和环境效益，证明本文所先容的方法可以有效应用于此类系统，希翼对未来低品位工业余热应用于城镇集中供暖的大量实践提供引导与参考。

　　原标题:【论文精选】清华大学——夏建军：低品位工业余热应用于城镇集中供暖系统若干关键问题及解决方法