先进余热回收技术：工业节能减排核心方案

余热回收技术

余热是指随废气、废气流和/或工艺产品离开工艺进入大气的能量。它是在各种工艺中产生但未投入实际利用、损失或浪费到大气中的能量。它是工艺在足够高温度下排出的能量，允许以经济方式回收部分能量用于有用目的。

余热定义隐含：携带热量废流最终与大气空气或地下水混合，流内能量作为有用能量变得不可用。环境吸收废能常称热污染。

可通过不同余热回收(WHR)技术回收余热，提供宝贵能源并降低总能耗。有多种WHR技术可用于捕获回收余热。

工业过程中相当一部分能量以废气、气流、离开工艺的液体/固体形式浪费为热。技术和经济上不可能回收所有余热。增加WHR技术应用也有助于减缓温室气体(GHG)排放。

WHR技术包含从气体、液体或固体工艺捕获传递余热回系统作为额外能源。能源可用于产生额外热量或发电/机械动力。余热可在任何温度排出。通常余热温度越高，余热质量越高，WHR工艺优化越容易。故发现工艺中最高潜力最大可回收热量、确保WHR系统达最大效率很重要。

余热源通常包括：产品、设备、工艺传导、对流、辐射热损失，及燃烧过程排出热。热损失可分：(i) 高温热(>400℃)；(ii) 中温热(100-400℃)；(iii) 低温热(<100℃)。各类余热均有WHR技术以达最优回收效率。

高温WHR回收>400℃余热；中温100-400℃；低温<100℃。通常高温余热多来自直接燃烧过程，中温来自燃烧单元尾气，低温来自工艺单元部件、产品、设备。

视余热类型源头，为论证可用何种WHR系统，必须考察工艺可回收热量大小和品位。量化余热三重要参数：(i) 量；(ii) 质；(iii) 时间可用性。

可用余热量用公式Q=V×d×Cp×(T₁-T₂)计算。Q为热含量，V携带热物质流速，d物质密度，Cp比热，(T₁-T₂)系统入口初始温度T₁与出口最终最高温度T₂差。可用余热量也可用废流焓流量表示：H=m×h，H废流总焓率，m废流质量流速，h废流比焓。

质大致用废流温度表示。温度越高，可回收余热越多。低温源如机器冷却水、冷凝器WHR通常较难，典型涉及热泵升温至适宜回收温度。

时间可用性度量需求时余热可用程度。匹配余热可用性与最终负荷是WHR有效性重要考量。故余热有用性不只取决于可用量，还取决于其质是否符合潜在负荷要求、是否在需要时可用(时间可用性)。

成本效益WHR再利用涉及识别足够质、量、时间可用性的余热源，及可再利用回收余热的加热负荷。低中温范围有多工艺可再利用余热，用于不同行业。如某些蒸馏操作适合开环热泵系统，机械再压缩“顶部”蒸馏蒸汽在再沸器冷凝汽化蒸馏塔“底部”产品。此类应用典型涉及小温差，常比燃料燃烧加热再沸器和冷却塔排废热更具成本效益。

WHR可行性评价需表征余热源及将传热的流股。重要废热流参数须确定：(i) 热量；(ii) 热温度/质；(iii) 成分；(iv) 最低允许温度；(v) 运行计划、可用性、其他物流。这些参数允许分析流质量量，也提供材料/设计限制洞察。例：传热介质腐蚀在WHR中极受关注，即使流质量可接受。

WHR方案与技术

WHR途径包括：(i) 气体和/或液体间传热；(ii) 传热至进炉负荷；(iii) 产生机械/电力；(iv) 用热泵利用余热供暖/制冷设施。WHR技术术语在不同行业常不同。主要WHR技术述下。

换热器

换热器通常用于将燃烧废气热传给进炉燃烧空气。因预热燃烧空气进炉温度更高，燃料供能少。空气预热常用技术：回收器、炉再生器、燃烧器再生器、旋转再生器、被动空气预热器。

回收器

回收器回收中高温应用废气余热。可基于辐射、对流或两者结合。

简单辐射回收器含两同心管道。热废气经内管，热传主要辐射至壁和外壳冷进风。预热壳空气进炉燃烧器。对流或管式回收器(换热器)让热气经大壳内相对小直径管。冷燃烧空气进壳绕管挡板拾取废气热。另选辐射/对流组合回收器。系统含辐射段后接对流段以最大化传热效果。

回收器用金属或陶瓷材料制造。金属回收器用于<1100℃应用，高温热回收更适合陶瓷管回收器。陶瓷管回收器热侧温度可达1550℃，冷侧约1000℃。

再生器

再生器两类：(i) 炉再生器；(ii) 旋转再生器或热轮。炉再生器中，再生式炉含两砖棋子室，热冷气流交替通过。燃烧废气经一室，砖吸收废气热温度升高。气流调整使冷燃烧空气经热棋子室，传热给进炉燃烧空气。用两室使一室吸废气热时另一室传热给燃烧空气。气流向定时改变。再生器最常用焦炉，历史用于早期炼钢平炉。也用于预热炼铁热风炉热风。但热风炉再生器非热回收应用，仅是燃气燃烧释放热传给热风方式。再生器系统特别适合脏废气高温应用。炉再生器主要缺点：体积大、资本成本高。

旋转再生器运作类似固定再生器：多孔介质储热，热冷气体交替通过再生器传热。旋转再生器也称空气预热器和热轮。用旋转多孔盘跨两平行管，一含热废气、一含冷气。盘由高热容材料制成，在两管间旋转传热。热轮因高温热应力一般限低中温应用。两管大温差导致差异膨胀大变形，损害管轮气密封完整性。某些情况陶瓷轮可用高温应用。热轮另一挑战：防止两气流交叉污染，因污染物可经轮多孔材料传输。

热轮优势：可设计回收清洁气流水分和热。用吸湿材料设计时，水分可从一管传另一管。这使热轮在空调应用特别有用：进风热湿空气传热传湿给出风冷空气。除主要用于空间供暖空调系统，热轮也用于有限中温应用。

被动空气预热器

被动空气预热器是低中温用气-气热回收设备，防两气流交叉污染。被动预热器两类：(i) 板式；(ii) 热管。

板式换热器含多平行板，为热冷气流创建分离通道。冷热流板间交替，提供大面积传热。这些系统比热轮较不易污染，但通常更笨重、昂贵、更易结垢。

热管换热器含数密封端管。每管含毛细芯结构促进工质管热冷端间移动。此换热器中热气经管一端，致管内工质蒸发。管内压力梯度使热蒸汽移至管另一端，冷凝传热给冷气。冷凝液经毛细作用循环回管热端。

再生/回收式燃烧器

这些燃烧器结合再生或回收系统。设计构造比独立再生炉或回收器更简单紧凑。比环境空气燃烧器提供更高能效。自回收式燃烧器将换热面作为燃烧器本体设计一部分，捕获离去烟气能量，烟气回经本体。自再生式燃烧器让废气经燃烧器本体进耐火介质箱，成对运作类似再生炉。典型回收式燃烧器系统换热面积少，再生式燃烧器系统质量低于独立单元。故能量回收低但成本低、易改装使其成吸引人能量回收选项。

翅片管换热器/省煤器

翅片管换热器用于从低中温废气回热加热液体。翅片管为带附着翅片圆管，最大化表面积和传热率。液流经管内从流经管外热气获热。用锅炉废气预热给水翅片管换热器通常称锅炉“省煤器”。

余热锅炉

余热锅炉(WHB)是用中高温废气产生蒸汽水管锅炉。WHB有多种容量，允许气量1500-150万m³/h进气。余热不足产生所需蒸汽水平时，通常加辅助燃烧器或后燃室达更高蒸汽产量。蒸汽可用工艺加热或发电。产生过热蒸汽通常需系统加外部过热器。

负荷预热

负荷预热指利用离开系统余热预热进入系统负荷。最常见例：锅炉给水预热，省煤器将热燃烧废气热传给进锅炉水。其他应用利用燃烧废气与进炉固体材料直接传热。

锅炉给水预热是标准做法，但直接燃烧系统熔化前负荷预热未广泛应用。原因多样：控制产品质量困难、环境排放相关问题、建造先进炉装料/热回收系统复杂性和成本增加。尽管如此，负荷预热热回收近年受关注增加。不同负荷预热炉可用技术和障碍因炉型和负荷而大异。

低温能量回收方案与技术

经济性常限制低温WHR可行性，但有多应用低品位余热具成本效益回收利用。大量余热在40-200℃范围可用，其回收利用固有挑战需单独深入研究低温WHR。

大多数工业余热在低温范围。如燃烧系统锅炉常用回收技术排气约150-180℃。工业冷却水和冷却气也有大量余热。如仅空压机冷却每年即占大量余热。日本一综合钢厂(ISP)成功安装3.5MW发电厂仅用98℃冷却水。

燃烧废气中，若将含水蒸气冷却至更低温度可回收相当热量。常用最低温度限120-150℃防废气水冷凝在换热器表面沉积腐蚀物质。但进一步冷却烟气可大幅增加热回收，允许回收汽化潜热。潜热占废气含能量显著部分。能在冷凝点以下冷却烟气同时最小化化学腐蚀技术，可通过回收蒸发潜热大幅提高能效。图1显示不同排烟温度能量回收。气从150℃冷至60℃效率增3%。进一步冷至38℃捕获部分潜热可提供11%效率增。

图1 不同排烟温度能量回收

低温热回收面临三挑战：

• 换热器表面腐蚀。废气水蒸气冷却时部分冷凝沉积腐蚀性固液于换热器表面。换热器须设计耐受这些腐蚀沉积。通常需先进材料或频繁更换换热器部件，常不经济。
• 需大传热面积。传热率函数为传热材料导热系数、两流体温差、换热器表面积。低温余热涉及两流体较小温差，需更大表面积传热。限制换热器经济性。
• 需低温热需求。低温回收热仅当厂内有低温热需求才合理。潜在终端用途：低温工艺加热。其他选项：用热泵“升级”热至更高温度服务需高温负荷。低温发电技术缓慢涌现。

低温换热技术

有可冷却气体至露点以下回收低温余热的低温换热技术。技术选项：深度省煤器、间接接触冷凝回收、直接接触冷凝回收、新开发传输膜冷凝器。这些技术商业化因高成本和设施缺乏回收热终端用途受限。设施缺乏余热终端用途时，用其他回收手段含热泵和低温发电。这些技术也常受经济约束限制。

深度省煤器

深度省煤器设计冷却废气至约70℃并耐受酸性冷凝物沉积表面。设计可有不同替代：在省煤器冷端安装“一次性”段。冷端管随时间降解需频繁更换。更换频率取决于烟气成分和建造材料。替代方案：用不锈钢管设计省煤器。不锈钢比典型建造用低碳钢更耐酸性气体。另一设计：换热器大部分用碳钢，但酸性沉积冷端用不锈钢管。玻璃管换热器(主要气-气应用如空气预热器)或特氟龙等先进材料可为其他替代。

间接接触冷凝回收

间接接触冷凝回收单元冷却气至约40℃。此范围气中水蒸气近完全冷凝。间接接触换热器为壳管式。可用不锈钢、玻璃、特氟龙或其他先进材料设计。

直接接触冷凝回收

直接接触冷凝回收涉及工艺流股和冷却流体直接混合。此类回收无分离壁传热，避免间接接触回收单元所需大传热面挑战。此类回收中，烟气进换热器经顶部引入冷水冷却。加热水流经底部流出向外部系统供热。直接接触冷凝挑战：水可被烟气物质污染。

传输膜冷凝器

传输膜冷凝器(TMC)是从烟气水蒸气捕获水(连同水潜热)发展中技术。水在露点以上温度经毛细冷凝从烟气提取并回收至锅炉给水。同直接接触热回收，TMC直接从烟气提取热水。但TMC经膜传输回收水，回收水不像直接接触回收被污染。技术在天然气锅炉清洁废流示范。但TMC需先进材料进一步发展方可广泛实施于脏废流。

热泵或低温余热升级

上述换热技术涉及能量“下坡”流从高温到低温终端用途。当余热温度低于给定加热负荷所需温度时，这限制热回收机会。例：余热为约35℃热水，需约85℃热水。此时热泵可提供“升级”热至所需终端温度机会。热泵用外部能量输入驱动循环，从低温源吸收能量在更高温排出。视设计，热泵可服务两功能：升级余热至更高温，或用余热作驱动吸收制冷系统能量输入。热泵最适用工艺工业低温产品流。

升级热在某些情况下经济，视所需温差和燃料电相对成本。若设施热负荷温度略高于余热源，热泵提供热有时比燃烧额外燃料更有效。性能系数(COP)衡量热泵性能，由热输出和功输入决定：COP=Q/W，Q热泵有用热输出，W功输入。

决定热泵可行性重要考量：余热温度和所需温升。用循环类型和工质选择影响热泵可接收/排出热温度，也决定可达最大温升。热泵效率随所需温升增加而降低。

闭式压缩循环

闭式压缩循环中，热泵降低冷却水温同时用提取热提高厂内其他用工艺水温。热泵含蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀。蒸发器中能量从余热源传给制冷剂。制冷剂进压缩机温度升高。过热制冷剂进冷凝器传热给热源。最后制冷剂经膨胀阀节流回蒸发器。

开式蒸汽再压缩

开式蒸汽再压缩用压缩增加废蒸汽压力(从而温度)。机械蒸汽再压缩用机械压缩机，热力蒸汽再压缩用蒸汽射流器，故热驱动而非机械驱动。

吸收式热泵

吸收式热泵与闭式压缩循环相似，但压缩机被更复杂热驱动吸收机制替代。视厂需求系统可多种配置。一型：热泵用低高温热输入在中间水平排热(如升级低温热)。另型：热泵用中温输入排一低温一高温流。第二应用可用空调/制冷。

发电

余热发电典型用锅炉废热产生机械能驱动发电机。这些动力循环发育成熟。但新技术开发可直接从热发电，如热电和压电发电。考虑WHR发电技术时，重要因素：不同温度发电热力学限制。发电效率重依赖余热源温度。通常余热发电限中高温余热源。但替代动力循环进步可增加低温发电可行性。虽这些温度最大效率较低，但这些方案仍可经济回收大量余热能量。

三种利用机械能发电方法述下。

蒸汽朗肯循环

余热发电最常用系统：用热产生蒸汽驱动汽轮机。传统蒸汽朗肯循环是>340℃废气流WHR最高效选项。低废热温度下蒸汽循环成本效益低，因低压蒸汽需大设备。且低温余热无法提供足够能量过热蒸汽(防蒸汽冷凝腐蚀汽轮叶片必要条件)。故低温热回收更适合有机朗肯循环或卡利纳循环，用比水低沸点工质。

有机朗肯循环

有机朗肯循环(ORC)运作类似蒸汽朗肯循环但用有机工质代替蒸汽。替代含硅油、丙烷、卤代烷(如氟利昂)、异戊烷、异丁烷、对二甲苯、甲苯，沸点低于水、蒸汽压高。允许ORC在显著更低余热温度运行。最适温度范围取决于用流体，流体热力学性质影响循环各温度效率。比水蒸气，流体分子量大，允许紧凑设计、高质量流、高汽轮效率。但ORC在低温运行，总效率低且取决于冷凝器蒸发器温度。虽效率低于高温蒸汽电厂，重要记住低温循环固有低于高温循环。效率极限可用卡诺效率表达，即热机在两温度间运行最大可能效率。热源150℃、排热25℃卡诺机仅约30%效率。此光下，ORC 10-20%效率是理论效率相当大百分比，特别是比压电发电仅1%效率等低温替代。

虽ORC热回收经济性需针对给定应用仔细分析，但在无厂内额外工艺热用途或无邻近厂能经济利用热行业中是有用替代。

卡利纳循环

卡利纳循环是朗肯循环变体，用氨水混合物作工质。单工质循环和双工质循环关键差别：沸腾冷凝时温度分布。单工质循环沸腾时温度恒定。热传给工质(水)时水温缓慢升至沸点，温度恒定直到全水蒸发。相反，水氨二元混合物(各有不同沸点)蒸发时温度升高。这允许与余热源和冷凝器冷却介质更好热匹配。结果这些系统达显著更高能效。循环1980年代发明。

直接电转换技术

传统动力循环用热产生机械能最终电能，新技术开发可直接从热发电。含热电、热离子、压电技术。但这些技术处开发阶段。少数在汽车热回收等应用经原型测试。

热电发电

热电(TE)材料是半导体固体，受温差时允许直接发电。技术基于塞贝克效应：两不同半导体材料受热源热汇时两半导体间产生电压。反之TE材料施加电异种半导体也可制冷/加热。热电技术存在长久(热电效应1821年首发现)，但因低效率高成分限用。多数TE发电系统效率2-5%。主要用航天仪器供电或极偏远地区。但近年纳米技术进步使先进TE材料达15%以上转换效率。

近年研究结论：先进TE封装适用中高温、大流速废气流、设施对回收余热少用途场合。但此领域需更多开发工作。需开发TE材料低成本大批量生产方法达此目标。跨薄TE器件维持高温差呈重大工程挑战。获高传热率需传热材料和高传热系数换热系统进步。

压电发电

压电发电(PEPG)是将100-150℃低温余热转电能选项。压电技术将环境振动机械能转电能。压电薄膜可利用振荡气体膨胀产生电压输出。但PEPG技术有多技术挑战：(i) 低效率(仅约1%)；(ii) 难获足够高振荡频率(现器件约100Hz，需近1000Hz)；(iii) 高内阻抗；(iv) 液/汽室内复杂振荡流体动力学；(v) 长期可靠耐久性需求；(vi) 高成本。

PEPG转换效率目前极低(1%)，但可级联PEPG，效率可达约10%。其他关键：压电器件制造成本、设计换热器促进较低温差足够传热率。

热离子发电

热离子器件运作类似热电器件。但热电器件按塞贝克效应运作，热离子器件经热离子发射运作。这些系统中温差驱动电子经真空从金属流向金属氧化物表面。关键缺点：限于>1000℃高温应用。但有发展使其用于约100-300℃范围。

热光伏发电机

热光伏发电机可转辐射能为电。技术含热源、发射体、辐射滤波器、光伏(PV)电池(如太阳能板用)。发射体加热发射电磁辐射。PV电池转辐射为电能。滤波器用通过匹配PV电池波长辐射、反射剩余能量回发射体。技术潜在能启用WHR新方法。少数原型系统为小燃烧器应用和直升机燃气轮机建造。

WHR与钢铁工业

钢铁工业采用多高温炉生产焦炭、烧结矿、铁水、钢，能耗高。工业中清洁气流回收常见，但焦炉、高炉(BF)、转炉(BOF)、电弧炉(EAF)重污染废气继续给经济WHR带来挑战。这些脏气流热回收技术可用，但实施因高资本投资成本受限。

钢铁工业在降低能耗强度取得最大进展。通过连铸和优化高炉操作，钢回收和用回收副产品气体(焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气)替代化石燃料达成。就地余热回收在可能处实施，如炉内循环热烟气降低外部能量需求，或用热烟气预热燃烧空气或燃料气。此类能效提升仍留残余余热回收机会，如为工艺其他部分产蒸汽或发电。

钢厂WHR述下。

焦炭生产

焦炭生产是高炉必要负担材料。焦炉生产焦炭，煤氧限气氛加热。两焦炭生产法：(i) 副产品法；(ii) 非回收法。副产品法回收焦炉煤气中化学副产品(粗焦油、氨、轻油)，剩余焦炉煤气(COG)净化后厂内循环。非回收法全COG工艺中燃烧。最常用仍是副产品法，下文讨论此法。

副产品焦化有两显热损失区：(i) 气净化过程中冷却COG；(ii) 离开焦炉废气。焦化用数焦炉室被加热烟道分隔。循环COG、有时其他气如BF煤气作加热烟道燃料供热焦炉室煤炭化。煤在焦炉室炭化时，气和水分(占装煤8-11%)经管排出。COG高热值约4000-4400kcal/m³，净化后可循环作燃料用。

粗COG焦炉出口温度650-1000℃。此时COG气为显热源。但因高焦油等材料致换热器表面结垢，热普遍浪费。离炉后COG经氨水喷淋后初级冷却器冷却。随后用不同技术除焦油、硫化物、氨、轻油。净化后COG全厂作燃料用。此安排仅回收COG化学能循环利用，显热浪费。

虽大多数钢厂不回收COG热，但日本实践成功显示COG有限热回收可能。日本焦炉设施成功用低压传热介质回收热。通常COG换热器最低允许温度约450℃。更低温焦油冷凝导致换热器表面结烟。冷却至450℃仅回收约1/3显热。但其他国家ISP不大可能追求粗焦炉煤气热回收新技术。因ISP面临脏废气热回收成本障碍。副产品焦化未来可能因环境考量无关。ISP可能从副产品法转非回收法。非回收法中COG工艺内燃烧，用WHB回收烟气显热。

焦炉另一显热损失源：燃烧循环燃料气产生废气。循环燃料气用于邻近焦炉室加热烟道。燃料气燃烧产生热废气离炉烟道经再生器传热给进燃烧空气/燃料。废气离再生器平均约200℃。部分厂进一步用热管或预热煤料降低水分回收废气热含量。此时废气温降至约60℃。

烧结矿生产

烧结厂含两主要段：烧结段和烧结冷却段。两段热回收均开发：(i) 烧结段废气；(ii) 冷却段冷却气。视段位置有大温差。两段平均气温100-150℃水平，太低无效热回收。热回收限高温区：烧结段末段和冷却段初段，有300℃以上气温。虽热回收区有限，烧结工艺气量大足够实际热回收。

废气能量回收系统含罩、除尘器、余热锅炉、循环风机、除氧器。烧结机废气有腐蚀性含粉尘。热回收一般限高温区，因聚合平均温度低不利热回收。同时因腐蚀性，热回收后气温须保持在气酸露点以上。冷却气基本含粉尘大气空气。烧结冷却机热回收同烧结机。因冷却机沿程气温分布，热回收限高温区。

烧结机废气热回收分循环型和非循环型。循环型：热回收后气循环烧结机作冷却气替代；非循环型：热回收后气直接送气处理设施。采用循环型提高热回收效率。

冷却机热回收中冷却气为空气。冷却机热回收系统分循环型和非循环型。非循环型：高温区热回收后冷却气排大气。循环型：高温区热回收后冷却气送冷却机再用烧结冷却。冷却气经循环温升，结果更高热回收。另方面，冷却气温升至180℃水平冷却能力可下降。循环型烧结冷却机出口温度高约30℃。温差小不影响烧结厂操作。循环型回收能量比非循环型增50%。风机功耗循环型大。但回收功率远大。

高炉生铁生产

高炉(BF)是ISP主要单元。将铁矿石转化为铁水。原料自顶部装入：含铁料(块矿、烧结矿、球团)、熔剂、焦炭；热风和辅助燃料自底部风口喷入。料柱下降遇上升热气流。高炉热风由数热风炉提供。热风炉中混合气(BF煤气BFG和COG)燃烧。燃烧废气热传给棋子再生器。再生器达适宜温度时反转气流，冷风强制经再生器传热给冷风。热风再喷入炉。系统按同热回收再生器原理运作。但此处再生器非“余热”回收单元，而是炉至热风传热机制。高炉废气余热源含热风炉废气和离炉BFG。

BFG有显热损失。新高炉设计高效传热，致炉顶气体低温区。BFG回收用于热风加热、轧机加热炉、焦炉加热、发电、产蒸汽。因BFG低热值，常混COG或转炉煤气。 BFG用作燃料前须净化，含气显热很少回收。某些情况BF在足够高压(≥2.5atm)经济用顶压回收透平(TRT)回收BFG“压力能”。气进TRT前须净化，通常湿法净化，结果废气显热损失。湿法清洁替代技术为干法清洁，进TRT气温可升至约120℃。干法TRT技术已多地运行。但成本更高。

另一WHR机会：热风炉离去燃烧废气。气温约250℃。热风炉废气相对清洁，更兼容热回收设备，使热风炉热回收更常见。热可用预热燃烧空气/燃料气。用换热器含旋转再生器、固定板换热器、循环热介质系统。

转炉液钢生产

BOF用氧氧化铁水杂质。操作半连续：铁水废钢装炉、吹氧、加熔剂控制侵蚀、取样出钢。熔化金属所需温度由放热氧化反应供给，无外部热源需求。

BOF烟气高温。高浓度CO(一氧化碳)。像COG、BFG，BOF煤气提供化学能和显热回收机会。WHR挑战：高资本成本和热脏气导致大量维护问题。污染物含铁氧化物、重金属、SOx、NOx、氟化物。

有多种商业WHR方法。两主热回收法：“开放燃烧”和“抑制燃烧”。开放燃烧系统向BOF煤气管道引入空气燃烧CO。产生热用余热锅炉回收。“抑制燃烧”法在转炉口加裙减少空气渗入和CO燃烧。气体净化、收集作燃料用。也可通过组合锅炉/抑制燃烧煤气回收系统同时回收煤气和显热。

电弧炉液钢生产

钢铁工业经电熔炼回收废钢制造显著增长。EAF和感应炉两炉型用于熔融铁质废钢电熔炼。EAF为主要炉型。炉衬耐火材料，通常可伸缩顶盖，碳电极经顶盖降低。装料经顶盖下降。加熔剂合金剂控制材料质量。电极降至金属上方约1英寸，电流提供热熔废钢。炉操作中释放多气体颗粒排放含CO、SOx、NOx、金属氧化物、挥发性有机物(VOCs)等污染物。峰值负荷烟气温度1350-1950℃。废气致约20%功率输入损失。一半损失因气体化学能，另一半显热。额外8-10%能量输入损失于EAF冷却水“夹套”。

最常用热回收法：废钢预热，广泛应用。用烟气预热废钢可节省5-10%总EAF能耗。废钢预热初始设计需管烟气至装料桶。挑战含：需运输含半烧非废钢材料(如塑料)预热废钢、挥发物蒸发产生异味环控问题。桶预热系统替代含Consteel工艺、Fuchs竖炉、双室炉。这些工艺各地安装。

Consteel工艺涉及连续装料废钢，用废钢输送机、喂料系统、预热器。预热器耐火衬里隧道，烟气反向废钢流动。预热器引入空气燃烧CO和CO₂从而利用烟气化学能和显热。有时装后燃室燃烧剩余CO和其他化合物。Fuchs竖炉涉及电弧炉顶上方竖井。装料经吊篮三阶段装入。吊篮耐火衬里带密封防烟气逸出。废钢加热辅助氧燃料燃烧器。此外装后燃室完全燃烧所有CO。系统额外益处：装料作粉尘过滤器捕获约40%粉尘回炉，轻微提高得率。

废钢预热系统利弊视具体操作而定。某些情况降低耗电和提高生产率。其他情况废钢预热系统难维护。随EAF效率提高、tap-to-tap时间缩短，废钢处理可降低生产率并可能造成繁重维护需求。一案例中，tap-to-tap时间减少1/3时废钢预热节能减半。

电厂锅炉

ISP锅炉通常用BFG和COG燃料。锅炉废气温度随锅炉年龄和控制而异。温度可相当高(340-450℃)，O₂含量3-7.5%。废热为清洁无污染气体，无需进一步调理。锅炉蒸汽系统余热回收区域：(i) 用废气预热BFG和COG；(ii) 经经济论证可行时低温发电；(iii) 预热服务水或河水厂用(如可能需)；低压蒸汽可冷凝回收锅炉水系统代替排放。

加热炉

加热炉是热轧机关键设备。功能连续加热不同尺寸等级钢坯、板坯、方坯至1250℃。大多数新加热炉为“步进式炉”(WBF)。WBF上下加热产品，经绝缘冷却梁(滑块)从装料侧至卸料侧搬运。加热炉关键性能指标：加热均匀性。20-30%能量输入典型浪费，分几热损失：(i) 燃烧空气回收器和烟囱间废气温度天然气燃料250-300℃，低热值燃料更高；(ii) 炉内产品搬运系统滑块和后冷却系统；(iii) 墙门损失，难回收。

水恒冷却接触炉内极热气氛滑块系统。水回路典型进水40℃加热15℃后送专用冷却系统。

多地滑块冷却系统WHR产蒸汽(厂内需蒸汽时)。自身此装置减少滑块系统损失，因用高温水冷管。厂不需蒸汽时可在蒸汽回路装ORC(适应约200℃温度)发电。此装置受益于易安全操作，特别因水相变恒温平衡损失高变异性。大多时间此技术不装因投资回收期长，废气能量浪费。

废气发电系统可能。视热源温度，可用“水-蒸汽循环”(低效炉)或ORC(较高效)。但大多时间不装因投资回收期长。此情况有另一解决方案：结合滑块冷却回路高压高温运行产生约215℃蒸汽水混合物闭环和废气热。两热源经有机热流体回路分别回收再合并成共同热源。

废气热波动(温度体积随炉功率变化生产或产品变化修正)因滑块冷却系统恒温热源平衡。故系统操作易使全局热源更稳定特别高波动时。

加热炉生产可能几分钟波动，影响进WHR系统废气热含量。ORC相当灵活系统可容纳变化至一定点。ORC典型可降至名义容量30%运行，热输入低于阈值自动关机。但经济方面受影响因发电也减少。

适应日变化热储存解决方案可用于工业应用，可结合ORC平滑产量。油如在此温度水平适宜热储介质。经济效益需逐案评估。

固体流股余热

除烟气余热损失，固体流股和冷却水是额外显热损失源。有显著余热损失固体产品副产品含热焦炭、热烧结矿、高炉渣、转炉渣、铸钢、热轧钢。虽固体流热常更难回收，但热损失高。焦炭显热损失部分厂用焦炭干熄焦(CDQ)替代湿熄焦回收。CDQ接收炽热焦炭特制桶卸入CDQ罐。氮等惰性气经焦炭回收显热。热气经余热锅炉。节能约0.2-0.25百万kcal/t焦。也尝试用辐射热锅炉回收其他固体流热。对高炉转炉渣不成功，但铸钢热回收在日本德国少数地商业化。

减少铸钢热损失另选项：热装，铸件趁热装入加热炉。热装可节约约0.12百万kcal/t。热轧钢显热损失也可部分用水冷却回收。因冷却水最终温度一般低(约80℃)，可用热泵升级作其他加热应用。