工業園區余熱集成利用研究

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

工業園區余熱集成利用研究

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

我國工業余熱資源量大但利用率偏低。工業入園區便于實現同類企業、上下游企業的集群化的同時，亦有助于實現余熱資源的有效分配。從園區層面以系統工程的角度，分析園區內各生產單元余熱潛力，根據不同行業、產品、工藝的用能質量需求，規劃和設計余熱能源利用流程，實現余熱資源的集成利用，可較大幅度降低園區的整體能耗。在分析工業園區余熱利用現狀和典型案例的基礎上，提出工業園區余熱集成化利用的建議。

工業園區；余熱；集成利用

1 前言

工業企業是我國的用能大戶，其能耗占比70%以上，在工業能耗中約50%以上的能量未被有效利用轉化為余熱[1]，充分利用這些余熱資源是降低工業能耗和減少污染物排放的有效途徑。目前工業企業由于余熱需求匹配能力不足、對余熱重視度不夠、系統化余熱利用設計能力不強等原因，對余熱的利用率較低。

工業園區是工業生產單元的聚集體，目前無論從產業規劃、節能減排還是風險防控的角度都鼓勵工業入園區。工業入園區便于實現同類企業、上下游企業的集群化的同時，亦有助于實現余熱資源的有效分配。從園區層面以系統工程的角度，分析園區內各生產單元余熱潛力，根據不同行業、產品、工藝的用能質量需求，規劃和設計余熱能源利用流程，實現余熱資源的集成利用，可較大幅度降低園區的整體能耗。有研究表明，園區總能耗甚至可降低50%[2]。

2 工業園區余熱利用現狀

2.1 工業園區余熱種類及利用途徑

工業園區內余熱種類主要包括煙氣余熱，冷卻介質余熱，廢汽廢水余熱，化學反應熱，高溫產品和廢渣余熱，可燃廢氣、廢料余熱以及設備余熱等，其中高溫煙氣余熱和冷卻介質普遍存在，余熱總量較大，兩者約占據了工業余熱的70%[3]，對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 工業園區余熱種類及利用途徑

2.2 工業園區余熱利用案例分析

2.2.1 山東信發生態工業園

山東信發生態工業園內主要行業涉及氧化鋁、電解鋁、碳素、燒堿、電石、PVC等，園區充分利用攜能高溫物料如熱堿、熱石灰、熔融態鋁水等供給下游需要對此物料加熱的企業，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，同時將PVC生產過程副產的蒸汽、碳素煅燒煙氣余熱產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避免了能源浪費，年節能12.42%，節能量約46.51萬噸標煤[4]。

2.2.2 山東魯北生態工業園

山東魯北生態工業園內主要行業涉及磷銨、硫酸、水泥、磷復肥等，在完善產業鏈的基礎上，將作為冷卻水攜帶余熱的海水用到海水產業鏈，利用高溫窯氣預熱水泥生料、鹽堿熱電聯產等措施，提高了園區整體的余熱利用效能，并通過用熱用戶電價優惠[5]，實現了余熱供需雙方的協調合作。

2.2.3 安徽銅陵有色循環經濟工業園

安徽銅陵有色循環經濟工業園主要行業涉及硫酸、鐵球團、碳酸二甲酯等，園區充分利用硫精砂焙燒過程中產生的反應熱，通過余熱鍋爐回收熱量并用于發電，每年可發電約2.4億度，折合3萬噸標準煤；同時園區內還設置了熱電聯產項目實現能源的梯級利用[6]。

2.2.4 浙江龍盛科技工業園

龍盛科技工業園主要行業涉及硫酸、焦炭、燒堿、纖維、紡織等，利用硫酸生產過程的余熱產生高壓蒸汽發電，利用副產低壓蒸汽供給染料生產等工藝用汽，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，滿足了整個園區的冷卻水供應，冷軋薄鋼板廢熱尾氣管道輸送至染料廠干燥產品，園區實現了從高熱、低熱、熱水到冷水的能量梯級利用[7]。

2.2.5 天津臨港工業區

天津臨港工業區主要行業涉及石油化工、氯堿化工、煤化工等，通過熱泵技術回收利用了園區內大型化工企業循環冷卻水中的低位熱能，實現對工業區內的居民區、服務區供暖，大幅節約了供熱能耗。

2.2.6 重慶“云計算”工業園

重慶“云計算”工業園是集高新科技產業、研發、城市商業金融服務、配套居住等多功能于一體的非生產型工業園區，園區無高品位余熱，配套電廠的冷卻水、云計算中心冷凍水回水可作為低品位余熱被回收用于園區供熱，在降低供熱能耗的同時，減少了工業園區廢熱的排放；在選擇余熱方案時利用SWOT分析法對余熱利用方案進行對比，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，對輸配系統進行優化[8]。

根據以上案例分析，工業園區余熱集成利用是建立在充分的產業鏈分析基礎上，注重園區內企業節能潛力分析，把可利用的余熱節點同用能節點有機聯系起來，加強余熱分析和回收的技術創新，經濟、有效的將有價值的余熱回收用于適配的用戶，并從園區層面協調和推動余熱供需雙方的合作激勵機制，提升園區內企業的能源效率和競爭力。工業園區余熱集成利用不僅僅是對園區產生的余熱展開回收利用優化，也需要從源頭減少園區工藝余熱的產生，從源頭和終端兩個方面實現能量的高效利用。

余熱的利用倡導梯級利用及針對需求的余熱品質提升，使余熱在園區內及周邊有效的分享。在對余熱品種的選擇上，工業園區由僅重視較高品位余熱的回收和利用，如高溫煙氣、化學反應熱等，發展到開始重視余熱量大的低品質余熱的回收價值，如冷卻水余熱、設備余熱、低品味廢蒸汽余熱、蒸汽凝結水余熱等。在具體余熱利用方案選擇及指標優化過程中，根據企業不同余熱分析，結合生產條件、工藝流程、內外能量需求和園區熱負荷，提出余熱集成及梯級利用等優化方案，選擇出適宜的余熱利用技術和產業間的余熱利用方式，縮短余熱從回收到使用環節的路徑，實現能量消耗最小化，并進行熱源參數調控、輸送路徑優化等方面的基礎研究，分析余熱回收項目的節能和經濟性，使余熱效益最大化。

3 工業園區余熱集成利用的挑戰

3.1 余熱需求匹配

工業園區內余熱載體多樣且存在工藝環境及場地的局限，因而余熱需求的匹配比較困難。在實踐中余熱利用往往因為找不到合適的接受企業而難以實現。實現余熱資源應用的前提之一便是在相應范圍內具備熱負荷需求，在余熱需求匹配的基礎上落實利用方案。

3.2 余熱輸送限制

工業企業余熱除就地自用外，還將為園區其他用戶、園區周邊用戶供應，余熱輸送距離長可影響供熱品質，且帶來能源損失大、輸送能耗高的不利影響。為了實現對余熱量的最大程度利用，則需要明確符合節能、經濟性的余熱利用范圍[9]。同時余熱資源輸送管線的占地、跨空也需要統一協調和部署，增加了余熱工程的實施困難。

3.3 余熱利用系統化設計與調度

工業企業內部的余熱利用較為容易，而園區層面的余熱利用由于不同企業工藝、用能的差異以及不同的利益主體而使系統化的設計和調度難度大而較難實施。

3.4 余熱利用激勵

余熱利用技術推廣和應用還面臨經濟性不明顯等問題，一些余熱利用技術的投資回收期長，工程周期長，企業動力不足。同時余熱資源的需求方也需要一些價格、稅收上的激勵政策去承接余熱資源。

4 工業園區余熱集成利用的建議

4.1 設立工業園區能源優化管理部門

工業園區余熱集成利用是個系統工程，實現能源的平衡與調度離不開園區層面的規劃、管理和制度支持，具體工作需要工業園區設立能源優化管理部門，設置專業人士人負責入園企業的節能需求匹配和優化調度，協調余熱供需雙方達成合作。

4.2 建立工業園區余熱資源數據庫，加強余熱信息共享

工業園區種類和規模各異，建立工業園區余熱資源數據庫，有助于總結行業余熱特點和余熱回收利用經驗，更好的分析工業園區能量集成系統的投入和產出，實現能量的有效匹配和按質用能。

4.3 完善能源計量及能耗監測和分析系統

建設能耗監控和分析系統，提高園區內企業能源計量器具的配備率，為能源平衡分析、尋找余熱產生和利用節點以及掌握余熱產量和品質提供基礎數據。

4.4 建立激勵與推動機制

一方面應建立對余熱供方的激勵，如補貼、稅收等政策提高余熱回收企業的積極性；另一方面應鼓勵園區企業優先使用低成本余熱資源，提供電價、熱價、稅收優惠等政策，使園區內企業通過余熱交換、能量梯級利用構建能量繼承系統，把互不相連的游離狀態發展成為緊密的合作伙伴；此外還需要建立產學研機制，創新、推介和引入先進高效的余熱利用技術，提升整個余熱利用工程的可靠性。

[1]何雅玲.工業余熱高效綜合利用的重大共性基礎問題研究[J].科學通報,2016,17:1856-1857.

[2]李素芹,蒼大強,李宏.工業生態學[M].北京:冶金工業出版社,2007,64-65.

[3]孟欣,楊永平.中國工業余熱利用技術概述[J].能源與節能,2016,7:76-77.

[4]李文鋒.山東信發生態工業園區產業共生節能減排途徑與效果分析[D].山東大學,2015.

[5]馮久田.魯北生態工業園區案例研究[J].中國人口資源與環境,2003,13(4):98-102.

[6]姚月亭.銅陵有色循環經濟工業園節能減排的探索與實踐[J].安徽科技,2011,1:46-47.

[7]袁婕，樊鴻濤.張炳等.基于能值理論的工業生態系統分析——以龍盛科技工業園為例[J].環境保護科學, 2008,2:74-77.

[8]楊柳.“云計算”工業園區余熱利用系統研究[D].重慶大學，2014.

[9]陳炯炯.熱泵回收電廠循環水余熱利用問題研究.科技論壇,2016,1:263,275.

喬婧（1987-），女，工程師，主要從事節能環保及環境風險應急工作。