能源梯级利用是一种有效的能源利用方式，旨在最大限度地提高能源利用效率。这一概念的核心在于，无论是一次能源还是余能资源，都应该按照其能量品位逐级加以利用。具体来说，高、中温蒸汽首先被用于发电或生产工艺，而低温余热则被用于向住宅供热。能量品位的高低可以通过其转化为机械功的能力来衡量。

能源梯级利用的基本原理源于热能无法全部转化成机械功的事实。因此，相对于机械能和电能而言，热能的品位较低。热功转换效率受到温度的影响，高温热能的品位高于低温热能。所有不可逆的过程都趋向于降低能量品位。能源的梯级利用不仅可以提高整个系统的能源利用效率，也是重要的节能措施。

干熄焦余热回收与发电技术的工作原理是，红热焦炭在冷却室中与循环氮气接触，通过直接传热方式进行冷却。冷却后的焦炭由排焦设备排出，而循环氮气升温至约800℃，随后加热锅炉内的纯水产生蒸汽，这些蒸汽可用于生产和发电。多余的蒸汽可通过发电机转化为电力并接入公司的内部电网。全年干熄焦锅炉回收的蒸汽可供全厂94.6%的中压蒸汽和33.3%的低压蒸汽。

烧结余热回收技术的工作原理是在烧结环冷机运行期间，每小时产生约50万立方米的废气，其中包含超过320℃的热量。这些废气经过除尘器处理后，与余热锅炉进行热交换，从而产生蒸汽。蒸汽随后被送入蒸汽管网，而废气则返回环冷机继续冷却烧结矿。烧结余热回收蒸汽已经成为该公司的重要蒸汽来源之一。

对于大型高炉热风炉，其排烟量可达40万立方米/小时，且平均排烟温度超过250℃。如果将排烟温度降低至130℃，每年可回收相当于2万吨标准煤的热量。

转炉余热回收系统的工作原理是，转炉在冶炼过程中产生的约1450℃高温烟气，通过转炉汽化冷却装置进行余热回收，同时降低了烟气的温度。产生的蒸汽可用于炼钢生产，剩余的部分则供公司管网使用。

热轧加热炉汽化冷却工艺中，汽化冷却装置的循环水在加热炉冷却构件中吸收热量并转变为汽水混合物，从而使冷却构件得到有效冷却。汽水混合物在汽包中分离出的蒸汽，一部分供区域自用，其余部分则送入蒸汽管网。

炉窑烟气余热锅炉也是一种常见的余热回收技术，它可以有效利用炉窑烟气中的余热。

此技术通过余热锅炉加热液态低沸点循环工质，使其蒸发形成蒸汽，然后进入膨胀机发电。发电后的循环工质通过冷凝器冷却后再次送入余热锅炉，如此循环往复。

这种方法是通过热水的闪蒸作用产生蒸汽，然后将其送入汽轮机发电。通常采用两级扩容的方法以提高系统的发电效率。

蒸汽余压回收发电通常采用背压式汽轮机实现，但对于流量变化大、压力波动大的饱和蒸汽，螺杆膨胀机更为适合。螺杆膨胀机的工作介质可以是过热蒸汽、饱和蒸汽、汽液两相或热液，其压力一般不超过1.5MPa，温度一般不超过250℃。工作介质进入螺杆膨胀机后，推动螺杆旋转，随着螺杆旋转，介质降压降温膨胀做功，最终从齿槽末端排出，带动发电机发电。

除了上述技术外，还可以根据现场余热资源和热用户的实际情况，采用移动式蓄能供热技术和热泵技术等，以提高系统能源利用效率。

能源的梯级利用包括按质用能和逐级多次利用两个方面：

- 按质用能是指尽可能避免高质能源用于低质能源所能完成的工作。在必须使用高温热源加热的情况下，应尽可能减少传热温差。在仅有高温热源且只需低温加热的场景下，应优先使用高温热源发电，然后再利用发电装置的低温余热进行加热，如热电联产。

- 逐级多次利用则是指高质能源的能量不必在一个设备或过程中全部耗尽。因为高质能源在使用过程中会逐渐降温（即能质下降），而每个设备在消耗能源时都有一个最经济合理的使用温度范围。当高质能源在一个装置中已经低于经济适用范围时，就可以转移到另一个能够经济使用这种较低能质的装置中，从而达到最高的能源利用率。

尽管能源梯级利用最初主要面向发电和供热企业，但它也可以广泛应用于制冷、深冷、化工、冶金等多个行业。在必要的时候，可以使用热泵来提升热源的温度品位后再行利用。不同企业对能量的需求级别不尽相同，可根据各个用能企业的能级需求高低构建能量的梯级利用关系。高能级热源经上一级企业使用后变为低能级热源，提供给需求更低的企业使用。能量的梯级利用能够高效满足各单位的用能需求，而不增加能源消耗，显著提高了能源利用率。