化學(xué)工業(yè)是一個(gè)大量消耗能量的工業(yè)部門。因?yàn)橐恍┗ぎa(chǎn)品本身就是以煤、石油、天然氣等燃料作為原料的。另一些化工原料(如硫磺、硫鐵礦等)在加工處理過程中要放出大量熱量。許多化工過程都要求一定的溫度、壓力、物料組成等工藝條件，為了保證實(shí)現(xiàn)這些條件，也常要外界提供燃料、電、蒸汽等能量加人過程。在過程完成后，這些能量除一部份被產(chǎn)品帶走外，其余部分或由排出物帶出，或以余熱形式釋出。本文主要就是針對無機(jī)化工生產(chǎn)中余熱利用來進(jìn)行分析。從圖中可以看出，整個(gè)高溫余熱的回收利用過程主要包括三個(gè)方面：反應(yīng)過程中產(chǎn)生的余熱經(jīng)硫酸廢熱鍋爐產(chǎn)生中溫中壓蒸汽，而后蒸汽分為兩路，一路蒸汽用于推動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電，另一路經(jīng)過減溫減壓設(shè)備之后變成低壓蒸汽，可以用于其他生產(chǎn)需要。一般來說，其他生產(chǎn)所需要的用汽不是很多，因而大量的蒸汽被用于發(fā)電方面，能夠產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，給企業(yè)帶來十分可觀的經(jīng)濟(jì)收入。

　　在硫磺制酸系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)、酸泵電耗是主要的能耗，其中風(fēng)機(jī)的能耗占全部能耗的60％~70％，所以空氣鼓風(fēng)機(jī)是硫酸生產(chǎn)中主要用電設(shè)備。由于蒸汽透平技術(shù)可以合理地配置蒸汽透平，提高能源的利用率，在一定程度上達(dá)到節(jié)能的目的。

　　1、概述

　　一般我們所說的余熱主要是指一次能源與可燃物發(fā)生某種化學(xué)反應(yīng)所發(fā)出的熱量在完成某一工藝過程后所剩下的熱量。從這個(gè)意義上來講，余熱本身可以看作是一種二次能源。作為一種熱源，余熱具有以下幾個(gè)比較鮮明的特點(diǎn)：首先是熱負(fù)荷不穩(wěn)定，也就是說余熱提供的熱量會(huì)隨著生產(chǎn)條件的變化和反應(yīng)過程的進(jìn)行而產(chǎn)生一定的波動(dòng)，這主要是由具體的生產(chǎn)工藝所決定的；其次是具有一定的腐蝕性，余熱中包含的二氧化硫等腐蝕性氣體會(huì)對生產(chǎn)制造設(shè)備和余熱回收設(shè)備造成不可忽視的腐蝕作用；最后是利用條件受限，在大多數(shù)的化工生產(chǎn)過程中余熱是普遍存在的，但是余熱回收利用時(shí)間和空間條件卻十分嚴(yán)格。盡管這樣，余熱回收利用所產(chǎn)生的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益在當(dāng)今能源日益緊張的條件下顯得越來越重要，得到了人們的廣泛關(guān)注。

　　2、無機(jī)化工生產(chǎn)過程中余熱利用問題

　　2.1、余熱數(shù)量的計(jì)算

　　為了盡可能精確地掌握無機(jī)化工生產(chǎn)過程中產(chǎn)生余熱的多少，以便更好地指導(dǎo)實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)價(jià)格過程，往往需要對余熱的數(shù)量進(jìn)行計(jì)算。余熱的計(jì)算一般是以具體的化學(xué)反應(yīng)過程為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)條件來實(shí)施。下面以工業(yè)硫酸生產(chǎn)為例來說明無機(jī)化工生產(chǎn)中的余熱計(jì)算問題。我們知道硫酸的生產(chǎn)過程中伴隨著強(qiáng)烈的放熱，產(chǎn)生的余熱是相當(dāng)可觀的?？偨Y(jié)來看，硫酸生產(chǎn)的化學(xué)反應(yīng)過程如下所示：

　　S（固）+O2→SO2(1)

　　2SO2+O2→2SO3(2)

　　SO3+H2O→100%H2SO4(3)

　　100%H2SO4+H2O→98.5%H2SO4(4)

　　將式(1)、(2)、(3)、(4)合并可以得到總的反應(yīng)方程式為：

　　S（固）+O2+H2O→98.5%H2SO4(5)

　　其中，反應(yīng)過程(1)的△H=70.9千卡/克分子，反應(yīng)過程(2)的△H=23.5千卡/克分子，反應(yīng)過程(3)的△H=32.8千卡/克分子，反應(yīng)過程(4)的△H=0.8千卡/克分子，而整個(gè)反應(yīng)的△H=128千卡/克分子。因此可以很容易地計(jì)算出，每生產(chǎn)一噸H2SO4僅反應(yīng)熱就要多余1.3×106千卡/克分子，如果再加上生產(chǎn)過程中消耗的電能（按照每噸消耗70度電量計(jì)算），整個(gè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生和消耗的熱量就相當(dāng)于6×104千卡，并且最終這些數(shù)量巨大的能量都是以余熱的形式放出。需要說明的是，大多數(shù)無機(jī)化工生產(chǎn)過程所涉及到的化學(xué)反應(yīng)是十分復(fù)雜的，并且所要求的反應(yīng)環(huán)境和條件也是十分苛刻的，因此往往不容易通過簡單的計(jì)算得到余熱值，在這種情況下一般可以通過建立合適的模型來對生產(chǎn)和反應(yīng)過程進(jìn)行簡化。

　　2.2、能量質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)

　　這些余熱是否可能全部回收呢?大家知道，能量的利用結(jié)果，往往都變成為熱量。因此。能量回收利用的多少，一般以熱效率寫表示。其定交是過程中被利用的所有能量之和萬ΣQ-與進(jìn)入過程中所有能量之和萬ΣQ+的比值。即

　?。?）

　　那么是否回收的熱量愈多，熱效率愈高，能量就利用愈充分，或者說可以節(jié)省的能量就愈多呢?這一概念，在某種意義上來說是不夠確切的。因?yàn)槟芰坎粌H有數(shù)量的問題，而且有質(zhì)量的問題。我們用以回收能量的蒸汽不僅用以作熱源或工藝原料，而且還用來作為動(dòng)力，即讓它轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。然而我們知道，功與熱量之間的轉(zhuǎn)化是有嚴(yán)格的方向性和限度的。理論上功可以全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?，而在一定條件下，熱量只能有一部分轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。所以根?jù)能量是否可能全部轉(zhuǎn)化為功，可將其分為兩類:一類能完全轉(zhuǎn)化為功的能量，如電能、機(jī)械能等叫做做高級能，另一類只能部分轉(zhuǎn)化為功的能量，如熱能、內(nèi)能、流動(dòng)物系的總能量(焓)等叫做低級能。

　　熱量的有效能可以由其可能轉(zhuǎn)變的最大功Vmax來計(jì)算。當(dāng)溫度為的熱量在溫度為。的周圍介質(zhì)中通過熱機(jī)所能作的最大功為:

　　△S為物系的熵的變化。顯然，To△S為無效能，其數(shù)值直接與熵變△S有關(guān)。由(2)式可見，熱量Q具有的有效能不僅與熱量的數(shù)值有關(guān)，且與周圍介質(zhì)的溫度T。和熱源溫度T的差值有關(guān)。To愈低，T愈高，則熱量具有的有效能愈大，即該熱量Q的質(zhì)量愈一高。通常周圍介質(zhì)的溫度是一定的(大氣或冷卻水溫度)，故單位熱量的有效能只是熱源盤度的單值函數(shù)。

　　3、工業(yè)硫酸生產(chǎn)過程中的余熱利用

　　3.1、工業(yè)硫酸生產(chǎn)余熱利用的主要技術(shù)手段

　　就目前的理論和研究和工業(yè)應(yīng)用來看，提高工業(yè)硫酸生產(chǎn)過程中余熱利用水平主要有以下幾個(gè)技術(shù)手段：

　　首先是加強(qiáng)對于高中溫位熱能的回收利用，這點(diǎn)是提高余熱回收利用效率的關(guān)鍵舉措。由于生產(chǎn)過程中的制酸環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生大量的高溫?zé)崃浚虼嗽诹蜩F礦制酸和硫磺制酸的相關(guān)設(shè)備和裝置都應(yīng)該設(shè)置廢熱鍋爐，用來對原料燃燒和氣體轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的大量高中溫位熱能進(jìn)行回收。

　　其次是充分利用二氧化硫轉(zhuǎn)化時(shí)放出的部分熱量來對進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的二氧化硫氣體進(jìn)行預(yù)熱，使得二氧化硫氣體在反應(yīng)時(shí)達(dá)到最佳的溫度，提高反應(yīng)和轉(zhuǎn)化的效率。另外還可以通過設(shè)置過熱器、省煤器等設(shè)備回收中溫廢熱，將中壓飽和蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)檫^熱蒸汽和加熱鍋爐給水。

　　最后是采用蒸汽透平代替電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣鼓風(fēng)機(jī)，背壓汽送蒸汽管網(wǎng)，可以提高能量利用效率，減少能量的轉(zhuǎn)換。另外在低溫位熱量的回收利用方面，目前國內(nèi)的相關(guān)技術(shù)和應(yīng)用還比較薄弱，而國外已經(jīng)開發(fā)出了HRS低溫位熱能回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠有效回收干吸工段產(chǎn)生的低溫位熱能，提高熱能回收率。

　　3.2、工業(yè)硫酸生產(chǎn)余熱利用的具體實(shí)踐

　　硫酸生產(chǎn)過程中焚硫爐出口高溫?zé)煔獾幕厥绽弥饕ㄟ^設(shè)置鍋爐產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電和供熱，上海硫酸廠為利用化學(xué)放熱反應(yīng)產(chǎn)生的余熱，于1984年3月投入運(yùn)行了3000kW抽汽式汽輪機(jī)組。生產(chǎn)硫酸過程中反應(yīng)產(chǎn)生的余熱，經(jīng)硫酸廢熱鍋爐（鍋爐蒸發(fā)量：23t/h、壓力：3.5MPa、溫度：435℃）產(chǎn)生中溫中壓蒸汽。余熱發(fā)電站的蒸汽流程：

　　能源問題已經(jīng)是當(dāng)今世界各國普遍關(guān)注的重大問題之一，同時(shí)也關(guān)系到各行各業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展的直接利益。作為能源消耗大戶的無機(jī)化工生產(chǎn)企業(yè)，一方面應(yīng)該積極地響應(yīng)國家節(jié)能減排的戰(zhàn)略發(fā)展要求，轉(zhuǎn)變發(fā)展觀念，主動(dòng)查找自身在能源利用方面存在的不合理之處；同時(shí)要積極地進(jìn)行設(shè)備改造和技術(shù)創(chuàng)新，提高自身生產(chǎn)過程中余熱的利用水平。只有這樣才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地，為企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展創(chuàng)造巨大的進(jìn)步空間。