一、關于余熱余能的理解
所謂余熱余能:即為了滿足工藝過程、生產某種產品,或為了滿足人們生活、工作的需求,需要消耗一定數量的能源。除了為滿足這種需求理論上所需消耗的能源以外的、認為無用的、剩余的熱與能即為相關過程和需求的余熱余能。
余熱余能是相關過程和需求之中被認為無用的熱與能,并非全部都不可被再利用,實際上通過一定的方式仍然可以有效地利用這部分熱與能。這也是我們討論、關心這部分能量的目的之一。另外,從能源科技的發(fā)展而言,能的合理利用與不斷提高的余熱余能利用水平有著密切的關系。
余熱余能的利用水平與相關時代的科技水平、生活、工作方式密切相關。隨著可現代科技的不斷進步,今天的余熱余能,明天即可能部分的成為理論上的需求。也就是說能的利用水平的提高是與余熱余能的合理利用密切相關的。今天被認為是余熱余能,明天即成了有效能或者減少了的余熱余能。例如,在煉鋼過程中,過去將鋼水變成產品,要求先澆鑄→冷卻→變成鋼錠→加熱→滿足軋鋼工藝→產品,這樣在冷卻過程中會產生余熱,在加熱過程中又要增加能的消耗。由于發(fā)明了連鑄技術,則可直接利用鋼水進行軋制,不僅減少了加熱能的消耗,同時還減少了冷卻過程中的余熱。再如,過去火力發(fā)電系統(tǒng),由于燃燒與傳熱火用損失和其它原因,使發(fā)電過程產生了大量煙氣余熱及冷凝余熱,并散失至大氣之中,系統(tǒng)效率很低。近代,由于改善了燃燒及傳熱過程等,減少了火用損失引起的排煙損失及冷凝損失,使發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率達到了較高水平,低的達到40%左右,高的達到60~70%左右。也就是說隨著發(fā)電方式的改變,充分利用了以火用損失表現的高位余能,達到了能的合理利用,獲得了系統(tǒng)發(fā)電效率的提高。再例如,廢熱鍋爐的利用,大大地改善了工藝系統(tǒng)余熱利用,從而將余熱變成了人們所需要的熱、功、電。一般情況下,余熱余能既可能是由高位火用損失引起,也可能是由低位的熱損失引起。余熱余能雖然均屬于低位能,但是它們的來歷卻大不相同。有的是由于利用不好,產生了大量的火用損失而形成的;有的卻是正常利用后較少產生火用損失而形成的。雖然它們在余熱余能的形式下屬于低位能源,但由于來歷不同,我們在考慮它們的回收利用時,即可能產生不同的方法與措施。對于前者,我們可以利用減少火用損失、改善燃燒傳熱等方法,可以使余熱余能得到較好的利用。后者則可采用多能互補的方法,從而合理利用余熱余能。這樣我們即對余熱余能的產生、性質及其利用有了一個較全面的理解與認識。
總之,余熱余能的概念是相對的,是隨時變化的。它的研究、利用與能源的合理利用、發(fā)展是密切相關的。余熱余能的利用及研究過程,在一定程度上代表了能源的合理利用與發(fā)展水平。以往多以直觀的熱力學第一定律(熱平衡)來研究余熱余能的利用,也的確取得了很大的成就,使總能利用系統(tǒng)效率有3~6%的提高。但是人們忽略了在余熱余能的利用方面,聯合熱力學第二定律研究問題所取得的成就。火力發(fā)電今天能取得40~70%的發(fā)電效率,僅僅按照熱平衡來研究是難以達到的。所以,我們在考察研究余熱余能的潛力及措施時,也務必按此方法及理念來分析問題,并制定相應地措施,才會取得理想的效益。注:未被利用的余熱余能仍然屬于能,只不過是難以利用的能,其火無的比例很高,或全為火無。
二、需要關注余熱余能利用的意義
隨著社會的發(fā)展,人們對能源的依賴程度在加強。人們成倍增加的對能源的需求,造成了地球化石能源的儲量在迅速減少,形成了難以持續(xù)發(fā)展的格局。同時人們大量地利用能源,也造成了嚴重的環(huán)境污染與生態(tài)惡化。從理論上講,可再生能源(太陽能、風能、水能等)的數量幾乎取之不盡、用之不竭,即可持續(xù)發(fā)展、長期利用。但由于其密度低、隨時性很強(隨時間變化十分明顯)的特性,使人們的對其的利用極為困難,往往是投入產出不合算。所以,在沒有出現合理的利用方式或可持續(xù)發(fā)展的新能源、可再生能源或實現經濟、安全利用的技術之前,人們依然還要依靠化石能源。在這種現實的情況下,節(jié)能減排或能的合理利用則具有重大意義。在化石能源的利用過程中,實踐證明只能有效地利用一部分,另一部分則以不同形式變成了余熱余能。在能源利用的過程中,人們通常將變成余熱余能的過程稱為損失的過程,例如摩擦損失、節(jié)流損失、散熱損失、燃燒損失、傳熱損失等。實踐證明,這部分“損失”在一定條件下它們又變成了余熱余能,其能的品位也出現了降低,而這些被降低了品位的余熱余能中的一部分又可能變成有效能。余熱余能的可用程度往往與時間、地點、相關的技術水平、管理水平有密切的關系,而余熱余能的有效利用,又往往能促進能源的合理利用。余熱余能的利用不僅包括高位火用部分,也包括低位火用的部分。在此我們可以說,余熱余能的合理利用,乃是能源合理利用的重要組成部分。不難想象,一個不重視余熱余能項目的地區(qū)、單位,則不可能出現能源利用的高水平??傊酂嵊嗄艿难芯考巴晟瞥潭饶耸悄茉春侠砝玫牟豢扇鄙俚臉O其重要組成部分。余熱余能的優(yōu)化利用,是解決目前能源緊張、環(huán)境污染、生態(tài)惡化的重要組成部分。余熱余能的利用目的在于提高系統(tǒng)能源利用率,千萬不能過多的去干涉其范圍大小及措施來源。