楊鍇

摘 要：余熱發(fā)電技術(shù)如今已經(jīng)大量成熟運(yùn)用于各種工廠，對(duì)我國(guó)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。本文介紹了低品位余熱發(fā)電在化工行業(yè)的應(yīng)用，結(jié)合工程實(shí)例介紹了余熱發(fā)電在大型化工廠中的具體設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹了工藝流程、電氣方案，分析了余熱發(fā)電節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)，低溫余熱發(fā)電的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：余熱發(fā)電 化工廠 螺桿膨脹發(fā)電站

中圖分類號(hào)：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）12（c）-0055-02

余熱是燃料燃燒過(guò)程中所發(fā)出的熱量在完成某一工藝過(guò)程后所剩下的熱量。余熱發(fā)電就是利用生產(chǎn)過(guò)程中多余的熱能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。余熱發(fā)電不僅節(jié)能，還有利于環(huán)境保護(hù)。在鋼鐵、石油化工、建材、水泥、制糖等行業(yè)中，具有大量低品位余熱（一般低于500℃），包括低品位煙氣、蒸汽和熱水等。目前，已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)或立項(xiàng)研究的余熱發(fā)電技術(shù)主要包括如下行業(yè)：水泥行業(yè)窯爐余熱發(fā)電技術(shù)、焦化行業(yè)焦?fàn)t尾氣余熱回收發(fā)電技術(shù)、鋼鐵行業(yè)燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)及干熄焦余熱發(fā)電技術(shù)、建材行業(yè)浮法玻璃線余熱發(fā)電技術(shù)、石化行業(yè)余熱發(fā)電技術(shù)等[1]。

1 余熱發(fā)電項(xiàng)目實(shí)例

本文以神華寧煤煤制油項(xiàng)目為例，神華寧煤煤制油項(xiàng)目全廠水系統(tǒng)有較高溫度的工藝凝液需要冷卻到較低溫度，目前的工藝方案是使用冷卻塔給工藝凝液降溫，該方案造成了大量的熱能浪費(fèi)，并且冷卻塔的運(yùn)行需要耗費(fèi)額外的電能，因此，筆者所在的設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)了一套余熱發(fā)電系統(tǒng)以減少能源的浪費(fèi)，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

經(jīng)過(guò)技術(shù)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)綜合比對(duì)，設(shè)計(jì)院選擇ORC螺桿膨脹發(fā)電站作為余熱發(fā)電主要發(fā)電設(shè)備。ORC螺桿膨脹發(fā)電站是集成了蒸發(fā)器、冷凝器、有機(jī)泵、膨脹機(jī)、發(fā)電機(jī)的成套設(shè)備，其發(fā)電原理如圖1所示。使用時(shí)只需將較高溫度的工藝凝液送至ORC螺桿膨脹發(fā)電站冷卻降溫，得到較低溫度的工藝凝液，同時(shí)輸出電能，不會(huì)對(duì)原生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響。

余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)線采用10kV電源，電源引自上級(jí)兩段10kV母線的其中一段。在發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)一臺(tái)10/0.4kV變壓器，供發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部用電負(fù)荷使用，進(jìn)線電纜接至變壓器進(jìn)線端。發(fā)電機(jī)為0.4kV發(fā)電機(jī)，發(fā)出電源通過(guò)電纜接至發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部低壓母線段。發(fā)電系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，使用市電啟動(dòng)。發(fā)電機(jī)啟動(dòng)后，發(fā)出電供發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部用電負(fù)荷使用，同時(shí)在發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部QF01和QF02處完成并網(wǎng)，并網(wǎng)后把剩余電量通過(guò)變壓器升壓至10kV，通過(guò)10kV進(jìn)線電纜輸送至上級(jí)10kV母線，供10kV母線上所帶負(fù)荷使用。在上級(jí)10kV進(jìn)線端設(shè)逆功率保護(hù)器，與發(fā)電機(jī)出線斷路器連通，防止發(fā)出電源倒送電。兩臺(tái)逆功率器獨(dú)立成柜，放置在上級(jí)35kV變電所內(nèi)。余熱發(fā)電系統(tǒng)單線圖見(jiàn)圖2。

2 環(huán)保效益分析

余熱發(fā)電具有巨大的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。余熱發(fā)電環(huán)保效益分析一般通過(guò)計(jì)算發(fā)電用煤減少量對(duì)應(yīng)的污染物削減量來(lái)評(píng)價(jià)。這是由于我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)以煤為主，節(jié)能產(chǎn)生的環(huán)境效益和煤炭消耗減少量直接相關(guān)，因此相應(yīng)的污染物年減排量計(jì)算關(guān)系式為：

（1）

式（1）中，Mc為污染物年減排量，萬(wàn)t；K為污染物排放定額，見(jiàn)表1；E為余熱發(fā)電量，kW；τ為時(shí)間，一年按8000h計(jì)。

經(jīng)計(jì)算，采用余熱發(fā)電模式的節(jié)能和環(huán)保效益如表1所示。

3 結(jié)語(yǔ)

本文介紹的螺桿膨脹發(fā)電站是一種可以有效利用低品位余熱作為動(dòng)力，將熱能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，該裝置可以由設(shè)備供應(yīng)商成套提供，產(chǎn)生的電能質(zhì)量穩(wěn)定，可以并網(wǎng)至電網(wǎng)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益。螺桿膨脹發(fā)電站技術(shù)成熟，故障率低，十分適合應(yīng)用于化工行業(yè)。美中不足的是螺桿膨脹發(fā)電站初期投資昂貴，國(guó)家應(yīng)出臺(tái)相應(yīng)的補(bǔ)貼或貸款政策鼓勵(lì)工廠廣泛使用余熱發(fā)電裝置。

參考文獻(xiàn)

[1] 尹剛，吳方松，張立東.低溫余熱發(fā)電技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)探討[J].東方電氣評(píng)論，2011（3）：1-6.

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[3] 陶云，陸海梅，陳新，等.淺談閃蒸器在余熱發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].工業(yè)鍋爐，2009（6）：39-40.

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[5] 北京有色冶金設(shè)計(jì)研究總院.余熱鍋爐設(shè)計(jì)與運(yùn)行[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，1982.