在各类能源转换与工艺生产过程中,总会有一部分热量未被有效利用,直接排入环境,这便是常说的余热,也称废热。了解余热如何产生、在什么条件下产生,是科学回收和高效利用的前提。
一、余热的常见来源
从工程实践看,余热主要通过以下几种途径产生:
烟气余热
燃料在锅炉、窑炉及发动机中燃烧后,排放的烟气温度通常远高于环境温度,携带大量显热。排烟温度越高,被带走的热损失越大,这是最常见的一类余热。高温产品与固体物料的显热
许多工艺会产出生温度极高的固态物料,如金属坯、烧结矿、高温熔渣等。这类物料在后续冷却过程中释放出大量热量,若采用直接空冷或水淬等方式,热能便以低品位形式散失,成为余热。冷却介质带出的热量
为保护设备或控制反应温度,常采用水、空气等介质对高温部件进行强制冷却。冷却介质吸热后升温,这些热量若不回收,便通过冷却塔或散热器直接排放,构成余热的重要组成部分。化学反应余热
部分化工与冶金反应本身为放热反应,释放的热量除维持反应所需温度外,多余部分若未经同步利用,便会随产物气流或通过换热设备排出,形成余热。废汽、废水与冷凝水
蒸汽系统在用汽末端排出的低压乏汽、疏水及凝结水,以及各类高温工艺排水,均含有可观的热量,属于典型的低品位余热。
二、产生余热的热力学本质
从热力学角度看,余热的产生并非偶然,而是能量转换过程的必然代价。热力学第二定律表明,热量不可能全部转化为功,任何热力循环都需要向低温热源排放一部分热量。工程实际中,由于传热温差、散热损失和不可逆因素的存在,实际排放的余热量远大于理论下限。只要存在热能利用过程,就必然伴随一定数量的余热。
三、余热产生的必要条件
余热的形成并非无门槛,通常需要具备以下几个条件:
有高于环境温度的热源
主工艺过程必须提供富余的热量,使某股物流或介质的温度显著高于环境。若系统与环境的温度完全平衡,便没有净热流向外界,余热也无从产生。存在热排放的路径与载体
必须借助烟气、冷却水、空气或高温固体等载体,将多余热量从高温区持续传输至环境。无论是通过强制对流、自然散热还是间歇性排放,均构成热量离开系统的通道。缺乏经济可行的即时回收匹配
当余热的温度低、热源分散、含腐蚀性成分或间歇性强时,往往难以匹配经济可行的回收装置。这部分热量在技术上并非不能回收,但因成本、规模或工况限制而主动或被动舍弃,最终成为事实上的余热。可以认为,只要有温差和传热通道,且在释放环节未配备有效回收手段,余热便会源源不断地产生。
四、影响余热特征的因素
不同来源的余热,其数量和品位差异显著,主要取决于以下方面:
工艺温度水平:高温工艺产生的余热品位高,可优先用于发电或动力输出;低温工艺余热则更适合直接供热。
介质形态与洁净度:洁净的气体或液体余热容易利用,而含尘、含硫、含腐蚀性组分的烟气或废水会增加回收难度。
连续性与波动性:连续稳定排放的余热利用价值高,间歇或波动大的余热往往需要配备蓄热或调峰措施。
热容量大小:由介质流量、比热容和温度差共同决定,直接影响可回收总热量。

