煉鋼.鍋爐.工業等熱能再利用

工業廢熱回收

一、廢熱來源與特性

指工廠針對蒸氣鍋爐、焚化爐、加熱爐等氣體排放無回收設備,其中熱能未有效利用;或因系統需求以水冷或氣冷方式間接移除製程內熱能,使產品或排放水進一步冷卻,以達儲存水及廢水處理要求。廢熱特性以「定性」及「定量」兩方面考量。「定性」即"是否為連續性",許多間歇性熱能即使釋出能量大,尚無經濟有效的熱能回收方式。「定量」指"熱能載體流量而言",流量越穩定,越有回收價值。設計廢熱回收系統時需兩者皆考量,才能達到操控穩定、使用壽命長且具經濟效益之需求。

「回收廢熱,使能源得以最有效使用,是節約能源的重要作法」。

一般來說,廢熱依據溫度範圍可區分為高溫(高於650℃)、中溫(250℃ ~650℃)及低溫(低於 250℃)廢熱,溫度愈高代表廢熱的品質愈高。現今採用之廢熱回收作法,針對「高溫廢熱」可設置汽電共生系統,經由廢熱鍋爐產生高壓蒸汽,推動渦輪機發電,而排出之中低壓蒸汽可再利用於製程中。「中溫廢熱」可做原料或產品乾燥、加熱鍋爐給水或預熱空氣等方式回收能源。

但在中低溫範圍的廢熱(溫度低於200℃的廢氣或低於 100℃的廢水)大都直接排至外界,相對形成能源浪費,故如何回收再利用中低溫熱能是必然要做的事。

二、應用範圍

利用「熱交換器」直接將廢熱載體熱能透過交換器轉換給需被加熱流體或直接與需被乾燥物體接觸,同時做質量與能量傳遞。亦可透過適當介質傳遞熱能,如熱管(Heat Pipe)及卡林那循環(Kalina Cycle)系統達到熱能傳輸。

廢熱回收節能方法眾多,如空氣、鍋爐預熱,壓縮機壓縮熱回收等,但「冷凝水及蒸氣熱回收」是報酬率最大方法。高壓冷凝水經卻水器降壓形成廢蒸汽後回收至儲槽排氣口排放,裝設交換器置回收槽前預熱補充水,或在排氣口裝設冷凝器回收熱能及水資源。

「廢熱回收設備之吸收式熱泵」—以水為冷媒,熱水、蒸汽、鍋爐油、燃料油、及廢熱等以熱能方式驅動熱泵製造低溫冰水,故可提供熱源之處皆適用。醫院或半導體製造廠等空調不可中斷之處,使用吸收式熱泵可降低備載發電機容量、於天然管線區域可以天然氣為熱源,直接燃燒高溫再生器以及紙漿工廠製程需投入巨大熱能,藉助散熱之便達成熱能回收,作為鍋爐預熱,減少鍋爐燃油消耗…等用途。

政府扮演國內廢熱回收的推手,經濟部能源局「能源管理法」第10條業規定,生產蒸汽每小時超過100公噸之能源用戶,應裝設汽電共生設備;另汽電共生設備有效熱能比率不低於百分之20及總熱效率不低於百分之50;經中央主管機關登記者,得請當地綜合電業收購其生產電能之餘電,提供系統維修或故障所需備用電力。

為鼓勵業者進行廢熱回收節約能源技術之應用發展,能源局已於101年成立專案,針對蓄熱式燃燒系統、高溫熱泵、板式熱交換器、5段以上懸浮式預熱窯等廢熱回收設備,補助額度最高為企業購置成本的1/3,促使其增加投資設備進行廢熱回收再利用,提升整體能源使用效率。

每年辦理5場次廢熱回收技術示範應用觀摩會,將相關技術資訊以及年節能量、投資回收年限等執行成果向業界宣導,以收推廣應用之效。

三、使用方式

熱管(Heat Pipe)不需要額外的電力驅動,只要兩端出現溫度差,即可以讓熱管(Heat Pipe)產生熱傳導功能,這也是熱管(Heat Pipe)最大特點之一;目前業界多數使用方法是「熱管鰭片式熱交換器」為了增加熱回收效率而採用熱管(Heat Pipe)加鰭片(FIN)之組合方式,此設計可以任意變更熱管樣式與鰭片組合樣式等等,並且能夠滿足廢熱回收之應用。

廢熱回收


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