工业园区余热集成利用研究

乔婧 尚建程 陶磊 桑换新 葛永慧（1.天津环科环境咨询有限公司天津3004572.天津市环境保护科学研究院天津300191）

工业园区余热集成利用研究

乔婧1，2尚建程1，2陶磊1，2桑换新1，2葛永慧1，2
（1.天津环科环境咨询有限公司天津3004572.天津市环境保护科学研究院天津300191）

我国工业余热资源量大但利用率偏低。工业入园区便于实现同类企业、上下游企业的集群化的同时，亦有助于实现余热资源的有效分配。从园区层面以系统工程的角度，分析园区内各生产单元余热潜力，根据不同行业、产品、工艺的用能质量需求，规划和设计余热能源利用流程，实现余热资源的集成利用，可较大幅度降低园区的整体能耗。在分析工业园区余热利用现状和典型案例的基础上，提出工业园区余热集成化利用的建议。

工业园区；余热；集成利用

1 前言

工业企业是我国的用能大户，其能耗占比70%以上，在工业能耗中约50%以上的能量未被有效利用转化为余热[1]，充分利用这些余热资源是降低工业能耗和减少污染物排放的有效途径。目前工业企业由于余热需求匹配能力不足、对余热重视度不够、系统化余热利用设计能力不强等原因，对余热的利用率较低。

工业园区是工业生产单元的聚集体，目前无论从产业规划、节能减排还是风险防控的角度都鼓励工业入园区。工业入园区便于实现同类企业、上下游企业的集群化的同时，亦有助于实现余热资源的有效分配。从园区层面以系统工程的角度，分析园区内各生产单元余热潜力，根据不同行业、产品、工艺的用能质量需求，规划和设计余热能源利用流程，实现余热资源的集成利用，可较大幅度降低园区的整体能耗。有研究表明，园区总能耗甚至可降低50%[2]。

2 工业园区余热利用现状

2.1 工业园区余热种类及利用途径

工业园区内余热种类主要包括烟气余热，冷却介质余热，废汽废水余热，化学反应热，高温产品和废渣余热，可燃废气、废料余热以及设备余热等，其中高温烟气余热和冷却介质普遍存在，余热总量较大，两者约占据了工业余热的70%[3]，对这两大类余热的利用也较普遍。目前各类余热品种都有较为成熟的利用途径，见表1。

表1 工业园区余热种类及利用途径

2.2 工业园区余热利用案例分析

2.2.1 山东信发生态工业园

山东信发生态工业园内主要行业涉及氧化铝、电解铝、碳素、烧碱、电石、PVC等，园区充分利用携能高温物料如热碱、热石灰、熔融态铝水等供给下游需要对此物料加热的企业，减少下游加热过程的能耗，并回收锅炉连排水的余热用于供热，同时将PVC生产过程副产的蒸汽、碳素煅烧烟气余热产蒸汽匹配给烧碱装置、聚氯乙烯装置和采暖使用，充分利用余热的同时避免了能源浪费，年节能12.42%，节能量约46.51万吨标煤[4]。

2.2.2 山东鲁北生态工业园

山东鲁北生态工业园内主要行业涉及磷铵、硫酸、水泥、磷复肥等，在完善产业链的基础上，将作为冷却水携带余热的海水用到海水产业链，利用高温窑气预热水泥生料、盐碱热电联产等措施，提高了园区整体的余热利用效能，并通过用热用户电价优惠[5]，实现了余热供需双方的协调合作。

2.2.3 安徽铜陵有色循环经济工业园

安徽铜陵有色循环经济工业园主要行业涉及硫酸、铁球团、碳酸二甲酯等，园区充分利用硫精砂焙烧过程中产生的反应热，通过余热锅炉回收热量并用于发电，每年可发电约2.4亿度，折合3万吨标准煤；同时园区内还设置了热电联产项目实现能源的梯级利用[6]。

2.2.4 浙江龙盛科技工业园

龙盛科技工业园主要行业涉及硫酸、焦炭、烧碱、纤维、纺织等，利用硫酸生产过程的余热产生高压蒸汽发电，利用副产低压蒸汽供给染料生产等工艺用汽，中压蒸汽使用后的低压蒸汽、废热水用于制染料洗涤工艺用水、溴化锂吸收制冷，满足了整个园区的冷却水供应，冷轧薄钢板废热尾气管道输送至染料厂干燥产品，园区实现了从高热、低热、热水到冷水的能量梯级利用[7]。

2.2.5 天津临港工业区

天津临港工业区主要行业涉及石油化工、氯碱化工、煤化工等，通过热泵技术回收利用了园区内大型化工企业循环冷却水中的低位热能，实现对工业区内的居民区、服务区供暖，大幅节约了供热能耗。

2.2.6 重庆“云计算”工业园

重庆“云计算”工业园是集高新科技产业、研发、城市商业金融服务、配套居住等多功能于一体的非生产型工业园区，园区无高品位余热，配套电厂的冷却水、云计算中心冷冻水回水可作为低品位余热被回收用于园区供热，在降低供热能耗的同时，减少了工业园区废热的排放；在选择余热方案时利用SWOT分析法对余热利用方案进行对比，以输配能耗、输送能效比以及热源水输配热损失、最大温降为考核指标，对输配系统进行优化[8]。

根据以上案例分析，工业园区余热集成利用是建立在充分的产业链分析基础上，注重园区内企业节能潜力分析，把可利用的余热节点同用能节点有机联系起来，加强余热分析和回收的技术创新，经济、有效的将有价值的余热回收用于适配的用户，并从园区层面协调和推动余热供需双方的合作激励机制，提升园区内企业的能源效率和竞争力。工业园区余热集成利用不仅仅是对园区产生的余热展开回收利用优化，也需要从源头减少园区工艺余热的产生，从源头和终端两个方面实现能量的高效利用。

余热的利用倡导梯级利用及针对需求的余热品质提升，使余热在园区内及周边有效的分享。在对余热品种的选择上，工业园区由仅重视较高品位余热的回收和利用，如高温烟气、化学反应热等，发展到开始重视余热量大的低品质余热的回收价值，如冷却水余热、设备余热、低品味废蒸汽余热、蒸汽凝结水余热等。在具体余热利用方案选择及指标优化过程中，根据企业不同余热分析，结合生产条件、工艺流程、内外能量需求和园区热负荷，提出余热集成及梯级利用等优化方案，选择出适宜的余热利用技术和产业间的余热利用方式，缩短余热从回收到使用环节的路径，实现能量消耗最小化，并进行热源参数调控、输送路径优化等方面的基础研究，分析余热回收项目的节能和经济性，使余热效益最大化。

3 工业园区余热集成利用的挑战

3.1 余热需求匹配

工业园区内余热载体多样且存在工艺环境及场地的局限，因而余热需求的匹配比较困难。在实践中余热利用往往因为找不到合适的接受企业而难以实现。实现余热资源应用的前提之一便是在相应范围内具备热负荷需求，在余热需求匹配的基础上落实利用方案。

3.2 余热输送限制

工业企业余热除就地自用外，还将为园区其他用户、园区周边用户供应，余热输送距离长可影响供热品质，且带来能源损失大、输送能耗高的不利影响。为了实现对余热量的最大程度利用，则需要明确符合节能、经济性的余热利用范围[9]。同时余热资源输送管线的占地、跨空也需要统一协调和部署，增加了余热工程的实施困难。

3.3 余热利用系统化设计与调度

工业企业内部的余热利用较为容易，而园区层面的余热利用由于不同企业工艺、用能的差异以及不同的利益主体而使系统化的设计和调度难度大而较难实施。

3.4 余热利用激励

余热利用技术推广和应用还面临经济性不明显等问题，一些余热利用技术的投资回收期长，工程周期长，企业动力不足。同时余热资源的需求方也需要一些价格、税收上的激励政策去承接余热资源。

4 工业园区余热集成利用的建议

4.1 设立工业园区能源优化管理部门

工业园区余热集成利用是个系统工程，实现能源的平衡与调度离不开园区层面的规划、管理和制度支持，具体工作需要工业园区设立能源优化管理部门，设置专业人士人负责入园企业的节能需求匹配和优化调度，协调余热供需双方达成合作。

4.2 建立工业园区余热资源数据库，加强余热信息共享

工业园区种类和规模各异，建立工业园区余热资源数据库，有助于总结行业余热特点和余热回收利用经验，更好的分析工业园区能量集成系统的投入和产出，实现能量的有效匹配和按质用能。

4.3 完善能源计量及能耗监测和分析系统

建设能耗监控和分析系统，提高园区内企业能源计量器具的配备率，为能源平衡分析、寻找余热产生和利用节点以及掌握余热产量和品质提供基础数据。

4.4 建立激励与推动机制

一方面应建立对余热供方的激励，如补贴、税收等政策提高余热回收企业的积极性；另一方面应鼓励园区企业优先使用低成本余热资源，提供电价、热价、税收优惠等政策，使园区内企业通过余热交换、能量梯级利用构建能量继承系统，把互不相连的游离状态发展成为紧密的合作伙伴；此外还需要建立产学研机制，创新、推介和引入先进高效的余热利用技术，提升整个余热利用工程的可靠性。

[1]何雅玲.工业余热高效综合利用的重大共性基础问题研究[J].科学通报,2016,17:1856-1857.

[2]李素芹,苍大强,李宏.工业生态学[M].北京:冶金工业出版社,2007,64-65.

[3]孟欣,杨永平.中国工业余热利用技术概述[J].能源与节能,2016,7:76-77.

[4]李文锋.山东信发生态工业园区产业共生节能减排途径与效果分析[D].山东大学,2015.

[5]冯久田.鲁北生态工业园区案例研究[J].中国人口资源与环境,2003,13(4):98-102.

[6]姚月亭.铜陵有色循环经济工业园节能减排的探索与实践[J].安徽科技,2011,1:46-47.

[7]袁婕，樊鸿涛.张炳等.基于能值理论的工业生态系统分析——以龙盛科技工业园为例[J].环境保护科学, 2008,2:74-77.

[8]杨柳.“云计算”工业园区余热利用系统研究[D].重庆大学，2014.

[9]陈炯炯.热泵回收电厂循环水余热利用问题研究.科技论坛,2016,1:263,275.

乔婧（1987-），女，工程师，主要从事节能环保及环境风险应急工作。