中国现有的余热资源利用的指导原则基于吴仲华院士提出的“分配得当、各得其所、温度对口、梯级利用”的科学用能思想，强调在系统层面上对不同形式和品位的资源合理安排、对资源与系统的优化匹配等，以提高资源的综合利用效率。现阶段主要以温度作为常用的余热资源评价指标，温度越高，表明其可回收利用的能量越高，给提高资源利用率提供了大方向。例如，按照温度品位的高低，可将工业余热分为600℃的高温余热、300～600℃的中温余热和300℃以下的低温余热。根据余热资源对应的温度区间，便可初步确定相应的回收利用方式。余热温度越高，表明其显热回收潜力越大，直接热回收和动力回收的技术越成熟，但其利用方式较为单一，导致余热利用深度不够，容易造成资源的浪费。

虽然温度是所有余热资源共同的特点，但不同的余热资源还存在各自的特性。例如钢铁余热烟气、水泥回转窑烟气、玻璃熔窖烟气中含有的水蒸气均具有一定潜热回收价值。这些余热资源品位的高低并不只由温度来决定。例如，同样温度的水蒸气和水具有的能量明显是不一样的，这是因为温度不能全面地反映余热资源的其他属性（比如压力能和相变过程中的潜热能），特别是无法定量地评价以潜热为主的余热资源和以压力形式体现的余压资源品质，因此全面定量地评价这些余热资源，寻找可行、实用的标准成了当务之急。

华中科技大学刘伟等人在国家重点基础研究项目的支持下对我国余能资源有关数据进行了深入调研，依据余热资源的温度、压力、显热和潜热部分所占比例，对余能资源进行了科学分类，归纳绘制了余能资源的温度-压力坐标图和显热-潜热坐标图。

由于温度与压力是余能资源的基本属性，根据两者数值的相对大小，可以将余能资源定性地划分为4个区间，即高温高压区、高温低压区、低温高压区和低温低压区。由此即可同时从温度和压力维度对余能资源进行分类。例如，高炉、焦炉等产生的高温烟气温度高，但是压力较低，水蒸气含量较少，对此类同时包含热能和压力能的工业余热资源回收利用顺序应为先回收热能，再回收压力能。即先通过换热器等压换热回收热能，焓值降低后通过膨胀做功回收压力能，最大限度地回收烟气的余热余压。温度-压力属性更多地用于指导回收利用以显热放热量为主和以压力能为主的非相变余热资源。

对于低温高压的烟气，单纯看其温度-压力属性会造成一种只能回收利用压力能的感觉，但若其中的水蒸气含量很高，则仍然具有很大的潜热热能回收价值。根据余能资源中显热和潜热所占的比例大小，同样划分为4个区间：显热大且潜热大、显热大而潜热小、显热小而潜热大和显热小且潜热小。如此便可同时表征余热显热和潜热的回收价值。水蒸气含量少的高温烟气、工艺气等，应考虑直接充当燃气轮机进气预热器，然后通过常规的余热锅炉等回收热能；而对于含水蒸气较多的天然气烟气、焦炉煤气烟气，其显热和潜热量均较为可观，可考虑采用效率比常规锅炉提高10％的冷凝式锅炉，充分利用高温烟气的显热及低温烟气中水蒸气的汽化潜热，由于烟气中的有害成分可以被水蒸气冷凝过程吸收，因此还同时具有节能潜力和环保效应。

可见，工业余热资源具有两类属性：一是温度-压力属性；二是显热-潜热属性。那么如何对具有显热、潜热、温度和压力综合属性的余热资源进行定量评价呢？刘伟等人通过定义一个新的热力学参数——可用势e来解决定量评价的问题。可用势e的表达式为

式中，h表示工质总势能，即焓，kJ/kg；T0s为不可能做功的工质势，kJ/kg；pv为功势，kJ/kg。

在环境温度T0一定时，可用势是一个状态量，可表达为用于热功转换的势能（u-T0s）与纯功势pv之和，表征工质在某一状态下的可逆做功能力。同时e也可称为可用势能，直接用来评价余能资源的品位。

任意两个状态点间的可用势差可表示为

由上式可知，Δe是热力系统中两个不同状态点的工质可用势之差，表征工质由状态1变化到状态2过程中所能做出的可逆功。当状态1为任意、状态2为环境时，式（3-9）就变成(www.daowen.com)

式中，ex为工质的焓㶲，是一个过程量，其物理意义为系统工质从任意状态可逆地变化到与环境相平衡的状态时所做出的最大有用功；h0和s0分别为环境温度T0和环境压力p0下的焓和熵。

刘伟等人绘制了余热资源的温度-压力坐标图和显热-潜热坐标图，证明可用势可直接用来评价余热资源的品位。例如：在可用势相等时，烟气中水蒸气含量越大，即汽化潜热量越大，则焓值越大；在焓值相等时，烟气的温度越高，即显热越大，则其可用势越大。因此，相同压力下，工业烟气的e-h图可以体现不同种类烟气资源显热和潜热品位的高低，可指导烟气潜热和显热的回收。

对于非相变余热资源的利用，可用势是温度和压力的函数，其最大的做功能力体现了显热的可利用程度，取决于资源的温度和压力。对于含有水蒸气的相变余热回收过程，可用势可表示为温度（压力）和干度等热力学参数的函数，体现该状态下的余热资源的显热和潜热最大可回收水平。例如，水蒸气的e-h图中等压线上各点的焓和可用势均随着温度升高而增大，等温线上各点的可用势随着压力提高而增加，而各点的焓随着压力提高其变化并无显著规律。可见，水蒸气的e-h图可综合反映水蒸气的显热、潜热和压力水平，可用于定量评价其中水蒸气的能源品位。

玻璃窑炉烟气、高炉煤气烟气、转炉煤气烟气、天然气烟气、焦炉煤气烟气等典型工业烟气的水蒸气含量分别为7.2％、3.3％、2.1％、16.4％和20.5％，烟气中所含的水蒸气在100℃以上时处于过热状态，在同一温度下，组分不同的各种烟气的焓值和可用势不同，其中水蒸气含量的影响最大。典型工业烟气成分见表3-1。

携带了大量水蒸气余热的烟气，在冷凝过程中将释放大量相变潜热，具有广阔的余热回收前景。对于这类烟气，不仅可回收显热，也可回收潜热。此外，对高温烟气和中低温烟气，应采用不同的装置回收余热。如前者可利用蒸气动力循环系统，后者可采用有机朗肯循环系统或直接用热交换器回收余热。

表3-1　典型工业烟气成分

续表

在可用势的指导原则下，工业余热余压资源回收方式主要有热功转换、直接利用和提质利用。余热资源的可用势越高，表明其温度高、焓㶲高，其可回收的能量（包括压力能、显热和潜热）也越大，能源的品质高，可采用热功转换方式，利用合适的热力循环（如朗肯循环），输出高品位的有用功。在可用势稍低的区间内，余热资源的温度较高，若余压较高，则应基于“先回收热能，再利用压力能”的原则。对于燃烧后的高温烟气，水蒸气含量低，压力能较低，则可采用换热器直接提供其他工艺环节所需的热量，而高炉煤气等具有高压力能的工艺废气则可考虑采用中低温余热发电技术，如利用有机朗肯循环、卡琳娜循环或者斯特林循环等回收余压来发电。对于略高于环境温度的余热资源，如工业冷却废水、冲渣水、冷凝水等（温度通常为50～90℃），此类资源余热总量很大，但焓值和可用势值都很低，很难采用换热器直接利用和热功转换的方式回收能量，可考虑采用热泵系统对其进行提质利用。