目录1.工业余热可回收率高,政策支持余热利用 (2)1.1 工业余热可回收利用率达60%,节能潜力大 (2)1.2 国家政策大力支持余热回收利用 (3)1.3 余热利用两大主要途径 (6)1.3.1 工业余热利用主要形式:余热锅炉发电 (6)1.3.2 低温余热利用首选设备:溴冷机和热泵 (7)2.余热利用设备市场容量大,步入黄金发展期 (9)2.1 余热锅炉应用领域广,未来五年市场规模将达680 亿元 (9)2.1.1 钢铁行业:烧结余热发电将大面积推广 (11)2.1.2 焦化行业:干熄焦余热发电目前配置比例低 (14)2.1.3 水泥行业:低温余热发电技术和设备国产化 (16)2.1.4 垃圾发电:未来或将呈现爆发式增长 (18)2.1.5 其他行业:市场分散,容量不小 (19)2.2 热泵(溴冷机)工民业两用,市场应用空间广 (21)1.工业余热可回收率高,政策支持余热利用1.1 工业余热可回收利用率达60%,节能潜力大我国工业余热资源丰富,余热资源约占其燃料消耗总量的17%~67%,其中可回收率达60%。
余热资源非常丰富,特别是在钢铁、有色、化工、水泥、建材、石油与石化、轻工、煤炭等行业,余热资源约占其燃料消耗总量的17%~67%,其中可回收利用的余热资源约占余热总资源的60%。
目前我国余热资源利用比例低,大型钢铁企业余热利用率约为30%~50%,其他行业则更低,余热利用提升潜力大。
余热资源是指在现有条件下有可能回收利用而尚未回收利用的能量。
余热资源从其来源可分高温烟气余热和冷却介质余热等六类,其中高温烟气余热和冷却介质余热占比最高,分别达到余热总资源的50%和20%左右,是余热回收利用的主要来源。
图1:余热资源分布情况,高温烟气余热约占50%表1:余热资源及其特点资料来源:北京发改委《节能减排篇》1.2 国家政策大力支持余热回收利用我国政府计划到2020 年将碳排放量减少40%-45%,目前面临着巨大的减排压力。
政府正在推行各项有利于节能减排的政策,其中余热回收利用作为提高能源利用效率的有效途径,国家出台多项政策鼓励企业进行余热回收利用。
(1)2009 年12 月29 日工信部推出《钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案》,计划用3 年时间即2010-2012 年,投资超过50 亿元,在全国37 家重点钢铁企业,对82 台烧结机推广实施烧结余热发电技术,以降低钢铁企业的能耗水平。
今年3 月国务院常务会议提出,要求建立钢铁行业碳排放考核体系,预计余热回收利用将获得进一步推进。
(2)2010 年4 月2 日国务院下发《关于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展的意见》,要求加快推行合同能源管理,积极发展节能服务产业,同时加大资金支持力度和实行税收扶持政策。
(3)在《当前国家鼓励发展的环保产业设备(产品)目录》中,鼓励发展用于电力、石化、冶金、钢铁、水泥建材、印染、造纸、地热、糖酒工业等废热、余热回收利用发电设备。
(4)《节能中期专项规划》中明确将“余热余压利用工程”列为重点工程之一。
2006 年,发改委在《节能中期专项规划》中明确将“余热余压利用工程”列为重点工程,提出“十一五”期间在钢铁联合企业实施干法熄焦、高炉炉顶压差发电、全高炉煤气发电改造以及转炉煤气回收利用。
(5)《“十一五”十大重点节能工程实施意见》要求研究制定鼓励利用余热余压发电、供热和制冷的优惠政策,并在钢铁、水泥行业推广利用。
国家发改委2006 年7 月发布的《“十一五”十大重点节能工程实施意见》的第三项为“余热余压利用工程”,要求在钢铁行业推广干法熄焦技术、高炉炉顶压差发电技术;在水泥行业推广纯低温余热发电技术,建设水泥余热发电装置,研究制定鼓励利用余热余压发电、供热和制冷的优惠政策。
表2:与余热回收利用相关的各项政策内容1.3 余热利用两大主要途径目前余热利用的途径主要有两种,第一种是采用余热锅炉发电,是工业余热利用的主要形式;第二种是采用热泵(溴冷机)系统回收余热,适用于工业和民用的低温余热回收。
1.3.1 工业余热利用主要形式:余热锅炉发电余热锅炉是余热发电系统中的重要设备。
根据用途不同,余热锅炉可细分为电站余热锅炉和工业余热锅炉。
相对电站余热锅炉,工业余热锅炉运行环境恶劣,设计、制造工艺较为复杂,多为非标产品。
表3:电站余热锅炉和工业余热锅炉特点图2:电站余热锅炉图3:工业余热锅炉余热资源的利用效率和余热资源的温度有关,一般情况温度越高,利用效率越高。
根据余热资源温度的高低可分为高温余热(高于500℃),中温余热(200~500℃)和低温余热(低于200℃)。
余热锅炉发电一般适用于高温余热,而热泵回收系统则适用于低温余热。
1.3.2 低温余热利用首选设备:溴冷机和热泵溴化锂吸收式机组是利用余热资源作为机组的动力,通过驱动机组达到制冷或供热的目的;而热泵机组回收余热则是利用热泵系统提取低温余热资源,以达到充分利用余热的目的。
溴化锂吸收式机组工作原理:溴化锂制冷机是以热能为动力源,以水为制冷剂,以溴化锂溶液为吸收剂,制取冷源水。
其热源主要有蒸汽、热水、燃气和燃油等,可分为直燃型、蒸汽型和热水型。
蒸汽型机组可利用蒸汽余热,如城市集中供热热网、热电冷联供系统、纺织、化工、冶金等行业;热水型机组,可利用65℃以上的热水,如工业领域工艺过程产生的余热热水制取冷水。
由于是“以热制冷”,溴化锂制冷机可以利用工业废余热为工业提供工艺所需冷水或空调。
图4:吸收式机组原理示意图图5:压缩式热泵原理示意图压缩式热泵工作原理:热泵系统是通过换热介质,从低温热源吸取热量,然后在高温处释放出热量;热泵系统一般由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四大部件组成。
低佛点换热工质流经蒸发器时蒸发,从低温位处吸收热量,经过压缩机压缩后升温升压;然后流经冷凝器,在冷凝器冷凝中,将从蒸发器中吸取的热量和压缩机耗功所相当的那部分热量释放;释放出的热量就传递给高温热源,使其温度提高。
蒸汽冷凝降温后变成液相,流经节流阀膨胀后,低压液相工质流入蒸发器,如此不断往复循环,热泵系统就能使低温热量连续不断地传递到高温热源处。
图6:溴化锂吸收式热泵机组样机图7:压缩式热泵机组样机2.余热利用设备市场容量大,步入黄金发展期2.1 余热锅炉应用领域广,未来五年市场规模将达680 亿元余热锅炉市场规模加速增长,按蒸吨计算08 年增速达30%。
据中国工业年鉴的统计,2008 年生产各类余热锅炉1146 台,合计29865t(蒸汽),与2007 年的余热锅炉722 台,合计23124t(蒸汽)相比,台数增长58.7%,蒸汽吨数增长29.2%;同时实现产值34 亿元,较07 年24.8 亿元同比增长37%。
图8:余热锅炉产量加速增长(按蒸吨计算),08 年增长率达30%资料来源:2001-2009 中国电器工业年鉴图9:08 年国内余热锅炉产量大幅增长(台数)资料来源:2001-2009 中国电器工业年鉴余热锅炉属节能环保产品,随着国家节能减排工作的积极推进,特别是钢铁、焦化、水泥等重要行业节能减排工作的推进,预计余热锅炉市场将加速发展。
根据估算未来5 年国内国际余热锅炉市场容量预计达到680 亿元。
表4:余热锅炉设备市场容量估算,未来 5 年将达到680 亿元行业领域未来5 年市场规模(亿元)国内市场钢铁行业氧气转炉余热锅炉44钢铁行业烧结余热锅炉20焦化行业干熄焦锅炉26水泥行业低温余热锅炉40垃圾焚烧余热发电炉30其他行业120国内市场容量总计280国际市场容量400合计680 亿元2.1.1 钢铁行业:烧结余热发电将大面积推广(1)钢铁行业余热资源约占37%,余热利用率低,提升空间大钢铁行业能耗约占全国工业总能耗的15%,其中余热资源约占37%,节能空间大。
据统计,05 年我国大中型企业吨钢产生的余热总量为8.44GJ,约占吨钢能耗的37%,其中最终产品或中间产品所携带的显热约占余热总量的39%,各种熔渣的显热约占9%,各种废(烟)气占37%,冷却水携带的物理热约占15%,余热资源丰富。
图10:钢铁行业余热资源丰富,产品显热占比高达39%我国大型钢铁企业余热利用率约为30%~50%,国外先进企业余热利用率达90%,未来提升空间大。
我国大中型钢铁企业余热资源的利用率大约为30%~50%,2010 年4 月如果加上其他中小型钢铁厂,全国平均水平则更低;而国外先进钢铁企业余热余能的回收利用率平均达80%,有的在90%以上,如日本新日铁高达92%。
(2)氧气转炉余热发电应用广泛,烧结余热发电刚刚推广,未来增长空间大在钢铁行业中,余热回收利用部分主要有氧气转炉余热发电和烧结余热发电。
目前氧气转炉余热锅炉在钢铁行业已经得到广泛的应用,而烧结余热发电在国内钢铁企业才刚刚启动,将在钢铁大面积推广。
烧结工序能耗占比高,回收利用可节约能耗10kg 标煤/吨烧结矿。
在钢铁企业烧结工序能耗仅次于高炉炼铁工序,占总能耗的9%-12%。
热烧结矿出炉温度约700~800℃,采用烧结余热发电可以回收烧结矿显热约24kg 标煤/吨,扣除设备运行能耗,可以降低烧结工序能耗约10kg 标煤/吨。
目前国内烧结余热回收利用率不足4%,应用比例低。
目前我国已建成约10 套烧结余热发电机组共涉及19 台烧结机,烧结机面积4849 平米,发电机组总装机容量13.7 万千瓦,但烧结余热发电技术推广比例不及4%,未来提升空间大。
工信部推出了《钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案》大力推广烧结余热发电。
2009 年12 月29 日工信部推出了《钢铁企业烧结余热发电技术推广实施方案》,方案计划用 3 年时间2010-2012 年,投资超过50 亿元,在全国37 家重点钢铁企业,对82 台烧结机推广实施烧结余热发电技术,以降低行业能耗水平。
在2010 年首批推广该技术的将有首钢、承钢、安钢、本钢、鞍钢、济钢、莱钢等7 家公司的18 台烧结机,预计可形成大约40 万吨标准煤节能能力。
目前烧结余热发电技术在国内应用已经成熟,全套设备都可国产化,具备全面推广条件,预计将获得大面积推广。
图11:烧结余热发电技术原理示意图(3)钢铁行业余热锅炉市场容量测算氧气转炉余热锅炉:根据国家统计局统计数据,2009 年中国粗钢和钢材产量分别为56803.3 万吨和69626.3 万吨,同比分别增长12.9%和15.2%。
氧气转炉余热锅炉的运行环境较恶劣,使用寿命较短,平均3-5 年就需要更新。
目前国内有1000 多家钢铁厂,根据估算氧气转炉余热锅炉的国内需求量每年约350 台/套,近6000 蒸吨;按照每套250 万元的价格测算,每年约8.75 亿元,未来5 年国内市场容量约44 亿。
烧结余热锅炉:工信部计划用 3 年时间,投资超过50 亿元,在全国37 家重点钢铁企业对82 台烧结机推广实施烧结余热发电技术,加上其他钢铁企业需求,预计烧结余热锅炉需求量每年约50 台/套,按每套800 万测算,未来5 年烧结余热锅炉市场容量约20 亿元。