数据中心余热再利用：充分利用宝贵资源 (数据中心余热回收的原理和利用)

文章编号：24872 / 分类：互联网资讯 / 更新时间：2024-05-21 20:44:06 / 浏览：次

引言

数据中心是现代社会的命脉，为我们提供计算、存储和网络连接等至关重要的服务。这些数据中心在运行时会产生大量的热量，称为余热。如果处理不当，这种余热可能会导致效率低下、环境问题和更高的运营成本。因此，开发并实施数据中心余热再利用解决方案至关重要。

数据中心余热的来源

数据中心的余热主要来自以下设备：服务器：计算和处理数据的设备。存储系统：用于存储数据的设备。网络设备：用于连接和传输数据的设备。冷却系统：用于调节数据中心温度的设备。这些设备在运行时会产生大量的热量，需要不断冷却以防止过热。

余热再利用的原理

数据中心余热再利用涉及通过将余热用于其他有价值的用途来减少其对环境的影响。这可以实现以下原理：热量回收：将余热用于加热或冷却建筑物、水或其他液体。热能发电：将余热转换为电能。工业过程热量：将余热用于工业过程，例如干燥、加热或蒸发。

余热再利用的优势

数据中心余热再利用具有以下优势：能源效率：减少数据中心的能耗，降低运营成本。环境可持续性：减少温室气体排放，减轻对环境的影响。经济效益：为数据中心运营商提供额外的收入来源。社会责任：展示数据中心对可持续发展的承诺。

余热再利用的/WBDG%20Data%20Center%20Waste%20Heat%20Utilization%20Guide_2016.pdf[2] 英特尔，数据中心余热利用简介，思科，数据中心余热再利用的优势和挑战，

什么是余热回收

余热是指受历史、技术、理念等因素的局限性，在已投运的工业企业耗能装置中，原始设计未被合理利用的显热和潜热。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热等。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%~67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。

余热利用的概述

余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废气余热、冷却介质余热、废汽废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、可燃废气废液和废料余热以及高压流体余压等七种。根据调查，各行业的余热总资源约占其燃料消耗总量的17%-67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。玻璃、冶金、冶炼、石化、建材、陶瓷、轻纺等行业中具有280℃以上烟气(或其他高温污染气体)的余热回收。即只要是排烟温度高于280℃的工业锅炉、流化床锅炉、导热油炉、冶炼炉、冶金炉、高炉热风炉、加热炉，以及化肥厂、造纸厂都可应用。余热回收利用是提高经济性、节约燃料的一条重要途径。火电厂的生产过程中存在各种余热。譬如,锅炉排污热量、除氧器排气及汽封排汽等余热。这类余热属于携带工质的分热,通常在回收利用热量的同时。还将回收部分工质:另一类余热,它们只有热量可以利用,不存在工质的回收,譬如,发电机损失的热量、冷油器带走的热量以及锅炉排烟的余热等。这类余热属于纯热量回收利用。余热的可利用性和价值决定于它的产量和质量两个方面。余热的数量是指余热量的大小,余热的质量是指余热的品位高低,可以用它的温度、压力以及携带热量的介质给于表征。余热品位愈高,数量越大它的可利用性和价值也就愈大。余热的可利用性和价值不等于余热利用的效果。前者是指余热本身的品质和性质,它仅表示余热具有的可用性,但并不表示余热利用的有效性。后者不全由余热本身品质所决定,还决定于余热利用的场所、环境以及利用的方法,即决定于使用余热的对象和条件。譬如,余热作为热量利用就比作为功能利用的效果好。因为,热变功要付出冷源损失的代价。火电厂热系统由于存在各种能级,因而为选择余热利用的场所提供了较大的自由度。

什么是余热回收？

余热是指已投运的公企业耗能装置中，原始设计中未被合理利用的显热和潜热。余热的产生主要受限于生产需求和技术手段。余热可分为高温废气余热、冷却介质余热、废气废水余热、高温产品和炉渣余热、化学反应余热、废气废料余热和废料液余热等。根据调查，各行业的余热总资源约占气燃料消耗总量的17%-67%，可回收利用的余热资源约为余热总资源的60%。为了解决当前能源紧缺问题和环境污染问题，余热会搜狐技术开始被广泛运用。余热回收的最佳方式是根据余热的品质，按照温度高低顺序阶梯利用，即能量梯级利用，江苏能源云网可去了解

余热回收装置原理图

余热回收装置的原理图主要包括以下几个部分：高温烟气管道、换热器、冷却水管道和热水储罐。具体来说，余热回收装置利用高温烟气中的余热，通过换热器将热量传递给冷却水，使其升温成为热水或蒸汽，进而加以利用或储存。这种装置可以有效地减少能源浪费和环境污染，同时提高能源利用率和经济效益。在具体操作中，高温烟气通过管道引入换热器，与冷却水进行热交换，将热量传递给冷却水，使其温度升高。冷却水被加热后，可以输送到热水储罐中储存备用，或直接输送到用热设备中加以利用。同时，烟气温度得以降低，减少了烟囱排气的热损失，也减轻了对环境的热污染。举个例子来说，某钢铁厂利用余热回收装置回收高温烟气中的余热，生产蒸汽供给生产线使用。这不仅减少了能源浪费，也降低了生产成本，同时还达到了环保要求，可谓一举多得。总之，余热回收装置的原理图并不复杂，但其应用却可以带来显著的节能减排效果和经济效益。因此，在各种工业生产过程中，都应该重视余热回收装置的应用和推广。

余热回收的余热设备利用方式

1、热管余热回收器热管余热回收器即是利用热管的高效传热特性及其环境适应性制造的换热装置，主要应用于工业节能领域，可广泛回收存在于气态、液态、固态介质中的废弃热源。按照热流体和冷流体的状态，热管余热回收器可分为：气—气式、气-汽式、气—液式、液—液式、液—气式。按照回收器的结构形式可分为：整体式、分离式和组合式。 2、间壁式换热器换热器是化工,石油,动力,食品及其它许多工业部门的通用设备,在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等,应用更加广泛。换热器种类很多,但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中,间壁式换热器应用最多。常见间壁式换热器如：冷却塔(或称冷水塔) 、气体洗涤塔(或称洗涤塔) 、喷射式热交换器、混合式冷凝器。 3、蓄热式换热器蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备，一般用于对介质混合要求比较低的场合。换热器内装固体填充物，用以贮蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。蓄热式换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。 4、节能陶瓷换热器陶瓷换热器是一种新型的换热设备，在高温或腐蚀环境下取代了传统的金属换热设备。用它的特殊材质——SIC质，把窑炉原来用的冷空气变成了热空气来达到余热回收的目的。由于其可长期在浓硫酸、盐酸和碱性气、液体中长期使用。抗氧化，耐热震，高温强度高，抗氧化性能好，使用寿命长。热攻工业窑炉。把换取的热风作为助燃风送进窑炉与燃气形成混合气进行燃烧，可节能25%-45%，甚至更多的能源。 5、喷射式混合加热器喷射式混合加热器是射流技术在传热领域的应用，喷射式混合加热器是通过汽、水两相流体的直接混合来生产热水的设备。喷射式混合加热器具有传换效率高，噪音低（可达到65dB以下），体积小，安装简单，运行可靠，投资少。利用喷射式混合加热器回收发电厂、造纸厂、化工厂的余热，加热采暖循环水喷射式混合加热器特别适合于在供热面积不超过6万平方米的中小型供暖系统中使用，取代表面式加热器的功能。根据热源的条件不同，加热水的温度可以提高20℃～50℃。如果要求水的温升较大，也可以采用两级喷射式混合加热器串联布置使用。

热管式换热器余热回收利用原理是什么

余热回收利用的原理：余热回收是指将工业过程产生的余热再次回收重新利用。主要技术包括热交换技术、热功转换技术、余热制冷制热技术。余热是指受历史、技术、理念等的局限性，在已投运的工业耗能装置中，原始设计未被合理利用的显热和潜热。余热的回收利用途径很多。一般说来，综合利用余热最好，其次是直接利用，再次是间接利用（如余热发电）。综合利用就是根据余热的品质，按照温度高低顺序不同按阶梯利用，品质高的可以用于生产工艺或余热发电；中等的（120度-160度）可以采用氨水吸收制冷设备来制取-30度到5度的冷量，用于空调或工业；低温的可以用来制热或利用吸收式热泵来提高热量的数量或温度供生产和生活使用。余热回收设备不是机器设备。

换热器

废气余热回收装置就是提取工业设备排出的废气能量来加热设备所需新鲜空气进气温度，达到降低废气的排放温度和节约热能源的目的。工业设备类如热定型机、涂层机等。余热的回收利用途径很多。

换热器

一般说来，综合利用余热最好，其次是直接利用，再次是间接利用(如余热发电)。综合利用就是根据余热的品质，按照温度高低顺序不同按阶梯利用，品质高的可以用于生产工艺或余热发电;中等的(120度-160度)可以采用氨水吸收制冷设备来制取-30度到5度的冷量，用于空调或工业;低温的可以用来制热或利用吸收式热泵来提高热量的数量或温度供生产和生活使用。

换热器

余热回收再利用的这些方式值得关注

探索余热回收再利用的绿色新径

在当今追求可持续发展的大背景下，余热回收再利用的技术已经成为关注焦点。通过创新的方式，我们得以将这些看似废弃的热能转化为宝贵的资源，既节约能源又减少碳排放，对环保和经济效益都有显著提升。

一、余热的直接应用

1. 生活热水与蒸汽的生产

在校园和医疗机构，我们常见的热水供应往往得益于余热的巧用。利用锅炉产生的中低温余热，可以直接转化为热水，甚至低压蒸汽，为日常生活提供了温暖和动力。

2. 预热工艺的节能革命

在工业生产中，预热空气是必不可少的步骤。通过余热回收技术，可以预先加热空气，显著降低能源消耗，提高燃烧效率，减少了能源浪费。

3. 干燥工艺的绿色升级

余热资源的再利用也不仅限于热源，物料干燥过程中，合理应用余热能够减少能源成本，实现干燥过程的环保与高效。

二、热管换热器的余热魔法

1. 热管式气气热管换热器

热管换热器以高效导热的热管为元件，能在高温烟气中吸热，使工质发生相变，释放热量，进而加热空气，为锅炉补风，实现了烟气和空气的双重利用。

2. 热管式气液式热管热水器

热管余热热水器是一个创新设计，它将回收的余热转化为热水，供给生产或生活使用，既实用又环保，实现资源的双重回收和利用。

3. 热管式热水供暖系统

高温烟气经过余热回收器的吸热处理，不仅降低了温度，还为暖气系统提供了稳定的热源。热水经过循环，温暖了空间，同时也降低了碳排放，为冬季供暖带来了绿色解决方案。

余热回收再利用，如同一颗璀璨的绿色宝石，嵌入到我们的能源利用体系中。它不仅提升了能源利用效率，而且在应对全球气候变化、推动绿色转型中扮演了重要角色。让我们一同期待，余热回收技术的广泛应用，将为我们的地球带来更多的可持续发展可能。

余热资源的分类及其回收的原则是什么？

余热资源按其温度划分可分为三类： �0�1高温余热（温度高于500℃的余热资源） �0�1中温余热（温度在200-500℃的余热资源） �0�1低温余热（温度低于200℃的烟气及低于100℃的液体）一般分为七大类:高温烟气余热、高温炉渣余热、商温产品余热(包括中间产品)、冷却介质余热、可燃废气余热、化学反应及残炭的余热、冷凝水余热等。回收原则： 1、高温烟气，其余热应优先由本设备或本系统加以利用。 2、余热余能可利用来生产蒸汽或热水，以及生产动力等。 3、进行企业综合热效率及经济可行性分析。 4、应对必须回收余热的热源载体，制定利用具体管理标准。

怎样将余热资源回收利用？

在余热回收利用中，需特别考虑下述几个方面。

(1)为了利用余热，不但要添加相应的回收装置，需要支出一笔投资，而且还要加大占地面积，增加运行管理环节。因为，在能源管理中，企业的注意力首先要放在提高现有设备的效率上，尽量减少能量损失，绝不要把回收余热建立在大量浪费能源的基础之上。如果企业单位回收损失能量，而不去发挥现有设备的运用效率是无法长远发展的。

(2)余热资源很多，不是全部都可以回收利用，余热回收本身也还有个损失问题。在目前的技术和经济条件下，一部分是应该而且可以利用的，另一部分目前还难以利用，或利用起来不合算。而且现在回收余热还没有一个标准，所以要完全实施是非常困难的。一般地说，可连续利用的高温烟道气，有燃烧价值的可燃气体等可优先考虑回收的可能性。

(3)余热的用途从工艺角度来看基本上有两类：一类是用于工艺设备本身；另一类是用于其他工艺设备。通常都是把余热用于生产工艺本身。一方面回收措施往往比较简单，投资较少；另一方面，在余热供需之间便于协调和平衡，容易稳定运行。例如，锅炉的高温烟道气要加热锅炉本身使用的燃料(煤、油、气)，预热燃烧用的空气。或者加热锅炉给水时，只要锅炉正常运行，余热回收就不会停止，余热利用就连续进行，锅炉回收装置都可稳定地工作；当锅炉停止运行时，余热的回收与利用也随之停止了。这种方法被许多电站和企业都重用了。

而如果把余热回收用在其他工艺设备上，回收与利用一定要配合好，因为它不容易储存，甚至不能储存。这是因为，余热的多少随余能发生设备的运行条件而变化，余热供应一般不太稳定；发生能量需求变化时，余热发生设备不能随之变化，即余热回收与利用无法保持同步。例如，余热锅炉就是这样，为了提高回收效果常采取两种方法：一种是把余热锅炉作为辅助锅炉来使用，用主锅炉来进行调节；另一种是余热发电，利用电网起调节作用，我国不少企业就是这样做的。

化肥生产余热回收

化肥企业“半水煤气”温度在350℃左右，余热回收时使用普通废热锅炉存在严重的堵、腐、漏、磨问题，设备寿命短，长的一年，短的几个月，严重时甚至造成系统停车损失。热管余热锅炉的应用，成功地解决了上述问题，用户普遍反映阻力小、热效率高、使用寿命长，运行稳定可靠，使化肥企业“两煤变一煤”成为现实。

化工生产余热回收

无机化工生产中，利用煤气做干燥、锻烧热源生产工艺较多，如磷酸盐中五钠聚合工段、冰晶石煅烧、白炭黑干燥等，在这些工艺中，都要求气源尽可能干净。煤制气传统工艺是：煤、水、空气反应生成煤气，经双束管洗涤、降温，再经洗涤塔洗涤，然后除焦脱硫后，才可使用。

此工艺中，不仅煤气中的显热白白洗掉，还浪费了水电。江苏某磷化工企业对一台煤气炉进行了余热利用改造。改造中，只在双束管前加一台热管余热锅炉，煤气先回收余热降温后再进双束管，其他不变。该煤气炉直径3000毫米，产气量5000～6000牛顿立方米，煤气温度350～550℃，回收的热量产生0.4兆帕的饱和蒸汽，用于干燥热源。经实测产汽500～900千克，三四个月即可收回投资。

工业窑炉余热回收

国内水玻璃传统工艺是煤气做热源，纯碱和石英砂为原料，煅烧后产生350℃左右尾气直接排放。石家庄某厂制定了改造方案，在原烟道上加一闸板，增加一旁路烟道并安装余热锅炉，回收的热量供采暖和洗浴，取得了显著效果。

在无机化工生产中，还有很多可利用热能白白耗掉，如钡锶盐煅烧尾气(温度500℃～600℃)、石灰窑尾气、五钠聚合炉尾气等，这些腐蚀性高灰尾气均适合应用热管技术，从而可实现节能降耗，减少污染。

蒸汽的回收利用

蒸汽是由锅炉生产的，由水到蒸汽的过程可以近似地看成一个连续的定压加热过程。对于过热蒸汽可分为三个阶段：一是水的定压预热过程，不饱和水加热到饱和水：二是水的定压汽化过程，从饱和水加热到完全饱和蒸汽；三是饱和蒸汽的定压加热过程，从饱和蒸汽加热到更高温度的过热蒸汽。

在一个标准大气压下，水被加热到100℃时汽化，继续加热，水温不再变化，此时加入的热量全部转化到蒸汽当中。在热力学中把这两部分热量分别称为显热和汽化潜热。1千克水每升高1℃，需要加入的热量大约是4.2千焦，这部分热量叫显热。水从常温20℃加热到100℃，吸热量大约是340千焦。水在100℃时沸腾，此时获得的热量使水转变为蒸汽，1千克水转化为蒸汽需要输入的热量是2257千焦。这部分热量称为汽化潜热(或相变潜热)。可见一个大气压条件下汽化潜热比水的显热能量高得多。蒸汽所携带的总热量远大于同温度下饱和水包含的热量。若再继续加热，蒸汽温度又会上升，饱和蒸汽变成了过热蒸汽。

从水蒸气的生成过程可以看到：压力越高，饱和蒸汽温度也越高；过热度越大，过热蒸汽的温度也越高。压力和温度是表征蒸汽特性的主要参数，参数越高，蒸汽的品位越高，做功能力越大。

蒸汽还有这样一个特性，就是用过以后还可继续使用，用的次数越多，能量的利用就越充分。因此，使用蒸汽的热力设备，要根据蒸汽的压力和温度合理使用。品位较高的蒸汽，尽量多次利用，以发挥蒸汽的效能。例如，把参数较高的蒸汽，先用来背压发电，再去带动工业汽轮机做功，然后再加热产品或物料，最后用于蒸煮或供暖、供热水等。高温蒸汽只用于一般加热过程，就大材小用了。所以，为了有效地利用蒸汽，要根据不同的需要选择合适的蒸汽参数，用过的蒸汽不要轻易排掉，应想方设法继续使用，最好直到无法利用为止，尽量做到一汽多用的目的。有的企业改革了动力工艺，分级使用蒸汽，使高压蒸汽两次通过背压式汽轮机，再去用它加热，最后用于蒸煮，一汽四用。我国引进的大型化肥设备能源利用率很高，除了设备先进，自动化管理水平高之外，还有一个重要原因，就是充分利用化学反应热和蒸汽能量。利用化学反应热生产的蒸汽先进入高压工业汽轮机，接着带动中压工业汽轮机与背压汽轮发电机，然后再用于各种加热工艺，这套设备的吨氨能耗和电耗都比我国普遍设备节能得多。

蒸汽回收设备选择

余热的利用方式有两种：一种是热利用，即把余热当做热源来使用；另一种是动力利用，即把余热通过动力机械转换为机械能输出对外做功。余热与能量具有相同特性，可以相互转换，取得机械能、电能、热能、光能等，以满足各种不同的用途。

在动力利用方面，主要是通过蒸汽、燃气、水力等设备带动水泵。风机、压缩机等直接对外做功，或带动发电机转换为电力。

在热利用方面，可通过燃烧器、换热器、加热器等设备去预热燃料、空气、物料，干燥物品，加热给水，生产蒸汽，供应热水等。

但是余热的动力回收和热利用都离不开换热设备。因此各种类型的热交换器乃是余热利用最主要和最基本的设备，按其用途来看，有余热锅炉、加热器(水、油或其他介质)、冷却器、冷凝器、空气预热器、蒸煮器、蒸发器、蒸馏器、干燥器等等。按其工作原理来看，最常用的是表面式(亦称间壁式)换热器、混合式(亦称直接接触式)换热器，以及蓄热器(亦称再生式)换热器，此外还有热管式换热器、热泵系统等，这是近年来正在开发应用的一种新型高效换热器，它具有很高的传热性能及其他一系列优点，是传统换热器的强大竞争对手，具有很大发展前途和生命力。