两会的关注热点工业余热回收再利用——西北欧的余热利用案例

今年两会中提到国家要重视工业余热的利用，笔者认为这实在是非常重要和英明的决策。我本人原来是大型冶金集团公司的工程技术人员，曾经负责过余热利用项目的研究和产业化。2011年期间，我们曾经作为企业技术代表前往西北欧丹麦、瑞典、芬兰等国进行余热利用技术考察，现将一些典型案例列举如下：

对每一个城市来说，大型工业在附近的存在无疑对于城市人口的集中、加快城市化进程和带动当地经济有着重要的意义。然而对于任何城市和工业企业来说，是否有正确的共同发展理念非常关键。《布伦特兰 告》明确指出城市的可持续性发展涉及到经济与社会平衡，以及如何将这两者联系在一起。环境质量必须与社会组织尤其是大型工业企业相联系，并且能促进经济向着人们希望的方向蓬勃发展。如何在发展工业的同时带动当地环保的发展如何同时降低工业与城市发展过程中的碳足迹是当今国内工业化城市应该共同解决的难题。

西北欧丹麦、瑞典、芬兰等国同样有如奥托昆普、博利登这样的配有烟气制酸系统的有色冶炼企业，有凯米拉这样的专业生产硫酸的化工厂，有SSAB这样的大型钢铁炼制企业。与金川集团公司、酒泉钢铁公司一样，这些集矿山资源与冶炼化工于一体的大型集团公司和他们的子公司对所在城市的经济和发展起着绝对的支柱作用。企业的经济效益与城市的低碳发展、居民的舒适生活、社区的良好环境和谐发展紧密相关，企业的影响渗透到城市的方方面面。以下是几个典型的值得我们借鉴的城市与企业低碳和谐发展、科学合理布局的案例。

（1）从硫酸到鳗鱼—工业企业效益与城市环保双丰收

大型钢铁炼制企业和有色冶炼企业在冶炼过程中都会有二氧化硫气体排出，这是对环境、对人体都有强伤害的污染性气体。到目前为止，采用冶炼烟气中的二氧化硫生产硫酸仍然是冶金企业最好的环境保护手段。硫酸是强腐蚀性液体，但却是工业上用途最广、具有良好经济效益的副产品。硫酸生产过程中放出大量热量。他们利用换热器从硫酸干吸塔的循环酸和炼钢废气中回收反应热，经济实用。反应热可用于各种用途，例如区域供热、锅炉进水预热、为附近工厂工艺过程加热、厂区和办公室采暖、通过脱盐方式生成淡水，以及利用废蒸汽生成更多内部电力等。其余的余热则以热水形式除去。热水往往无处可用，通常直接排往海洋或河流。位于瑞典赫尔辛堡的凯米拉化工厂（Kemira）利用从硫酸生产中回收余热的大部分送到赫尔辛堡市区供热之外，剩余的热量来开创通常与化工厂毫无关系的副业：鳗鱼养殖业，利用回收的余热和废水来养殖美味滑溜的鳗鱼，减少废弃物。

凯米拉在80年代中叶将硫酸工艺进行了重新设计，在闭合循环冷却回路中安装了新的热回收系统，制酸过程中产生的余热可传送到闭合循环回路。回路中的大部分热量用来加热赫尔辛堡市的区域用水，剩余部分的热量则用于供热回路和加热鳗鱼养殖场的闭合循环系统。为了利用酸循环系统的低温位余热，凯米拉1978～1980年间成功安装了了世界上最大的热水采暖装置。图1 是凯米拉硫酸厂的物料和能量平衡图，每小时8万标立的空气中，含硫每小时15.3吨，每小时输入电能3兆瓦，送入硫酸厂中，产出的硫酸每小时48吨，同时产生能量为25兆瓦的热水和43兆瓦的蒸汽，这些能量中的全部热水和24兆瓦的蒸汽都作为工业余热送入厂区和市区供热。同时一部分二氧化硫被做成压缩二氧化硫，全部设备消耗的能量为6兆瓦。供热后剩余的热量被用盐水冷却。

凯米拉化工厂于20世纪80年代中叶成立了Scandinavian Silver Eel（斯堪的纳维亚银色鳗鱼计划，简称SSE）项目组（该项目组现已成为一家运营良好的公司），攻关的目标是利用硫酸厂余热冷却生成、原本全部被泵送入大海的半咸水饲养银色鳗鱼。了解鳗鱼方面知识的人想出了利用这种温盐水来养殖鳗鱼的主意。尽管一开始大部分的人们觉得这是个“疯狂的想法”。但凯米拉公司还是同意了该项目的开展。鳗鱼是变温动物，25℃是最适宜其快速生长的温度。SSE业务的重点之一是帮助保持鳗鱼在波罗的海中的数量。大量小玻璃鳗从英格兰塞文河流入，而不稳定的鳗鱼数量和一些环境因素使这些弱小的小鳗鱼很难成活。它们如果找不到新的栖息地，就很容易死亡。因此流经的各国都有针对过量玻璃鳗的放流计划，SSE的放流计划是其中之一。鳗鱼到达后有9周隔离检疫期，检查它们是否携带疾病。然后2/3的鳗鱼会按照放流计划被送往瑞典以及芬兰、德国、波兰和匈牙利的河流湖泊中。剩下1/3的鳗鱼则在渔场养殖约18个月，准备出售供消费者食用。SSE 从1984年开始放流小鳗鱼，现已有大量成熟的放流鳗鱼（银鳗）离开波罗的海。至今SSE已向瑞典野生环境放流2300多万小鳗鱼。1000多万条小鳗鱼被凯米拉的渔场养殖大后投放市场。鳗鱼的肉质鲜美滑溜，营养价值极高，是斯堪的纳维亚半岛的一道美味佳肴。即使不算上凯米拉用于地区供暖和热水的大部分余热收入，平均每年将近40万条的鳗鱼销售也足以使凯米拉获利颇丰。而凯米拉这种余热利用的技术发展既减少了碳排放，提高了企业收益，方便了市民生活，增加了市民餐饮品种，还保护了自然生态环境的平衡。

（2）将二氧化硫变成能源—工业企业与城市供热

许多人都在期盼着解决能源与环境问题的新型方案产生，但事实上一些技术只需优化一下即可满足要求。要想实现可持续性生活方式的发展，就必须在全球范围内强力推行减少二氧化碳排放措施。热回收是满足一般新能源需求且减少CO2排放最有效的一种途径。随着能源危机的到来，国际上硫酸生产中余热的回收利用程度已成为衡量硫酸工业技术水平的重要标志。把硫酸厂同时看做能源工厂已经成为一种趋势，国外甚至提出把硫酸装置作为能源生产装置的设想。西北欧的硫酸企业出售硫酸余热能源获得的利润远远高于销售硫酸所获得的利润。博利登集团位于芬兰哈尔亚瓦尔塔的硫酸厂向我们证明了工业企业如何能通过出售废能来获得效益。在冬季，该厂可为哈尔亚瓦尔塔区域供热 供应约三分之二的热能，而在较凉爽的夏季，则可用于满足城市家庭用水加热的全部需求。

博利登（Boliden）集团公司是欧洲一流的金属企业之一，其业务遍及瑞典、荷兰、挪威和爱尔兰，核心竞争力体现在勘探、采矿、熔炼和回收四个领域。该公司拥有员工4600人，年营业额约为30亿欧元，股票分别在斯德哥尔摩交易所大盘股和加拿大多伦多证券交易所上市。博利登集团位于芬兰西南海岸的哈尔亚瓦尔塔冶炼厂（Boliden Harjavalta Oy公司）拥有员工约400人，主营熔炼铜精矿、精炼铜、熔炼镍精矿，并利用有色冶炼烟气生产世界各地使用最广的化学品—硫酸。它是北欧地区最大的硫酸厂，年产60万吨硫酸。

1995年之前，哈尔亚瓦尔塔公司也是将废弃的热水直接排入附近的科卡玛尼约克河，这导致河水温度上升，河水流入波罗的海，改变了海洋环境。后来，哈尔亚瓦尔塔公司对其工厂的冷却系统进行了改造，闭合循环冷却回路中的软化水回路将区域用水从60°C加热到90°C。通过硫酸厂的其他设备，区域供热回路中的温度最高可升至115°C。闭合循环回路可回收20MW的余热，其中10MW用于为该公司的镍生产厂和铜生产厂供热，另外的10MW余热则输送到城市区域供热 。冬季哈尔亚瓦尔塔公司可为当地的城市波里(Pori)区域供热 供应约三分之二的热。在凉爽的夏季，硫酸生产余热产生的热水则用于满足城市居民家庭及宾馆住宿的用水加热的全部需求。公司通过这种方式来为社会供热，并树立公司声誉。热回收也降低了附近博利登自有铜冶炼厂和镍冶炼厂的能源成本。

如果这部分回收的20MW总热量通过石油生成（石油按每桶120美元计算），假设锅炉热效率和燃烧热值均为典型值，并且每年运行350天，那么每年需要约1629万美元的成本，CO2排量约为4万吨。为了简化起见，估算时假设每回收1MW余热可减少约2000吨的CO2排放，按目前的费率计算，每年至少可节约86万美元燃料成本。

“出售能源是我们取得效益的一种方法，”哈尔亚瓦尔塔的生产经理杰瑞克·麦克伦兴奋地说，“当然也会对社会产生效益。人们不必燃烧燃料，也不必为区域供热厂投资添加新设备，只要向我们购买能源就行了。把我们手上的能源转化为热水。使用这样的热水只是纯粹的工程问题。棘手的部分是找出客户以及他们的供热需求。需求可能是公寓、住宅、温室、游泳池等任何地方。只要我们跳出条条框框，拓展思路。我们燃烧的是精矿中的硫，而不必使用外部能源。我们将这种危险的气体变成有用的能源。”

仅2008年一年，全球硫酸产量就高达1.95亿吨，由此产生的热回收潜力以及CO2减排潜力非常巨大。根据哈尔亚瓦尔塔计算的节约成本，全球硫酸厂的生产线余热回收后，每年可减少500多万吨CO2排放，因能效提高可节约的资金将超过12亿美元。随着越来越多的企业开始认识到可持续发展具有经济效益，可以创收，因此转变的驱动力将不仅仅局限在环境效益。

采用工业余热采暖和供应生活热水的城市在西北欧很常见。他们的城市能源规划比较务实节俭，都会充分利用当地工业企业的能源优势，不会再搞重复投资和重复建设。如果附近有硫酸厂、发电厂、有色或黑色冶金企业，就不会单独设立燃煤锅炉或燃油锅炉提供城市供暖。这些厂矿将其工业余热转化成80～90℃的热水，送至全市进行供暖和提供洗漱的热水。隆德附近只有一个蔗糖厂，蔗糖厂将其蒸发结晶用不完的余热转化成热水，为隆德全市提供送暖和热水。即使是毗邻北极圈的谢来夫特奥和吕勒奥也没有象国内城市一样设有不止一个的燃煤或燃气的专业供暖公司，工业企业的热量则在天天向大气排放。谢来夫特奥依靠的是博利登集团的朗斯卡冶炼厂的工业余热供暖，吕勒奥则是依靠SSAB集团公司在当地的钢铁厂的高炉烟气发电，发电剩余的热量变成热水往全市供暖和家用热水。据吕勒奥副市长伊婉妮·丝桃娜克告诉笔者，吕勒奥是瑞典利用工业废热给居民供暖做得最好的城市，居民的取暖费为全瑞典最低。吕勒奥发电厂的生产原料主要是钢厂的高炉气。当钢厂生产不正常时，处理方式是往高炉气中浇上燃油，增加燃烧值后燃烧。发电产生的电能全部供给SSAB的钢厂使用，电能过多时将多余电量卖给国家。发电厂的工业余热全部转化成80～90℃的热水送入采暖和热水供应 络，其热水和采暖供应 络遍布吕勒奥，最长达30多公里。其最大的换热站的能量为120兆瓦。在瑞典和芬兰，即使在冰天雪地之时，也能看到绿草如茵的室外足球场地，那些足球场草坪的地下都埋有由工业废热产生热水供热的地暖管。工业余热在为城市提供采暖和洗漱热水的同时也美化了城市环境。

（3）取舍平衡—-城市的可持续性发展与工业生态链的形成

每座城市都有其独特的问题，因此重点是结合当地社会情况，制定出相关的可持续性发展指标。技术创新推动了全新的的城市可持续发展行动，取舍平衡则是城市可持续发展的关键所在。可持续发展就好似三条腿的板凳，这三条腿分别是环境、经济发展和社会公平，缺一不可。而这三个因素归根到底都涉及到能源和物流，英国金斯顿大学可持续发展专家麦克尔·赫尔曼（Michael Herrmann）表示：“可持续发展是一个环路，能源和物料流需看作是循环的，而不是线性的。理想状态是，通过回收和再利用可形成一种闭合环路体系，在这个体系中通常情况下不会产生废物，也就是说其中一个系统产生的副产品会成为另一个系统的原材料。”

对于可持续发展的未来，要解决的最重要的问题之一是实际就业问题。城市必须使环境目标与良好就业、充足就业相协调。美国自经济大萧条后，创造的“绿领”岗位已成为最大的政治话题之一。所谓“绿领”岗位是指能创造环境效益，有助于降低废物和污染，又有长期职业发展机会的工作。就业机会良好和充足当然离不开工业的发展，因此从上世纪末国际上就开始流行建立绿色工业园区。所谓绿色工业园区，又叫产业生态园区、生态工业园区等，即以生态工业理论为指导，积极探索园区内生态链和生态 的建设，最大限度地提高资源利用效率，从工业生产源头上将污染物排放量减至最小，甚至实施零排放技术，发展循环经济，实施工业区建设的革命性变革。

绿色工业园区最早也是最著名的雏形是丹麦距首都哥本哈根以西100公里左右的卡隆堡工业园区。卡隆堡是一个仅有2万居民的工业小城市。上世纪60年代初，这里的火力发电厂和炼油厂已经开始了产业生态方面的探索。当时园区内的阿斯内斯火电厂，改变了其传统的运行规律，把一部分热量送到附近的斯塔托伊尔炼油厂，形成“热电联产”。随着年代的推移，卡隆堡的主要企业开始相互间交换“废料”：电厂向炼油厂和诺和诺德制药厂等供应水蒸气，还为卡隆堡市和诺和诺德制药厂等企业供暖，多余热量还供应一个养鱼场；而诺和诺德制药厂生成的有机污泥废料和鱼塘的污泥回收可作为农场的肥料；炼油厂过量的高硫瓦斯被加氢脱硫回收了硫磺，成为一家硫酸厂的原料，并把清洁的瓦斯卖给电厂，节省了煤炭；电厂利用石灰将本来要造成污染的烟道气中的硫脱除，产生硫酸钙直接卖给墙板厂代替石膏；电厂的飞灰等废物被利用，用于筑路和制造水泥。

该工业区由卡隆堡市政当局和七家商业公司共同合作经营。卡隆堡工业园区在实际上已经形成了一种“工业共生体系”，在这一体系中体现了其环境和经济优势，即减少资源消耗，减少造成温室效应的气体排放和污染，使废料得到了重新利用。各企业通过商业化运营方式来利用彼此的废物或副产品，从而大幅提高了企业利润，另外企业也从该区域生态效益中受益非浅。这样的城市和工业企业发展的结果消耗资源更少，对环境的影响大大降低。这确实形成了一个多方共赢的局面。

虽然卡隆堡产业生态系统的形成是一个自发的过程，而不是遵循某一人为的预先的总体设计。但它的成功给我们展示了产业生态应用的前景。绿色工业区为我们展现了工业建设的美好前景，工业建设的环保工作将跃上新台阶，实现新跨越。

总而言之，发展工业并不意味着污染城市环境，提高企业效益和加强环境保护并非矛盾。工业与城市低碳而和谐的可持续性发展的主要障碍不是技术问题，而是人们对于工业、环境、城市共同发展缺乏一种整合思维的共同而长期的坚持。作为代表最广大劳动人民的利益执行城市管理职能的政府部门来说，充分利用企业的技术进步，对城市的工业布局进行科学合理的规划，城市与其工业企业共同追求绿色低碳经济的发展模式才是恢复城市发展活力、建设城市可持续性发展未来的根本之道。