摘" 要：本研究旨在探討余熱利用技術(shù)在火力發(fā)電廠中的節(jié)能潛力及環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。通過對(duì)某大型火力發(fā)電廠實(shí)施余熱回收系統(tǒng)的案例分析，本文詳細(xì)介紹了余熱回收技術(shù)的工作原理、實(shí)施過程及其對(duì)發(fā)電效率的影響。通過安裝熱交換器和改造現(xiàn)有設(shè)施，收集并利用高溫?zé)煔夂驼羝啓C(jī)的排熱，顯著提高了能源利用率。結(jié)果表明，實(shí)施余熱回收系統(tǒng)后，火力發(fā)電廠煤炭年消耗量減少，二氧化碳排放量同比下降，同時(shí)，額外電力產(chǎn)出為火力發(fā)電廠每年帶來了經(jīng)濟(jì)收益。因此，余熱回收技術(shù)不僅能有效提高火力發(fā)電廠的能源利用效率、減少環(huán)境污染，還能增加經(jīng)濟(jì)效益，是推動(dòng)能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)之一。

關(guān)鍵詞：余熱回收技術(shù)；火力發(fā)電廠；節(jié)能減排；經(jīng)濟(jì)效益

1.引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，高效利用能源是提高經(jīng)濟(jì)效益和降低環(huán)境影響的關(guān)鍵途徑?；鹆Πl(fā)電廠屬于能源密集型行業(yè)，其能耗和產(chǎn)生的廢熱問題一直是節(jié)能減排研究的重點(diǎn)。余熱利用技術(shù)能夠?qū)l(fā)電過程中產(chǎn)生的廢熱轉(zhuǎn)化為能再次使用的能源，不僅能顯著提高能源使用效率，還有助于降低火力發(fā)電廠的碳排放[1]。通過回收余熱，火力發(fā)電廠可以減少對(duì)原燃料的依賴，降低生產(chǎn)成本，并對(duì)環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。本文旨在通過案例研究的方式，詳細(xì)分析火力發(fā)電廠余熱利用的技術(shù)方案、實(shí)施過程及其節(jié)能效果，探討其經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙重效益，以期為能源行業(yè)提供節(jié)能減排的可行性建議和決策支持。

2.余熱利用技術(shù)的概述

2.1 余熱資源的定義與分類

余熱資源是指在工業(yè)生產(chǎn)過程中不可避免產(chǎn)生的、未被直接利用的熱能。這類資源普遍存在于制造業(yè)、發(fā)電站和化工廠等場所，通常包括煙氣、冷卻水、爐渣和過程排氣等形式。余熱的分類依據(jù)其來源和溫度不同，可分為高溫余熱和低溫余熱[2]。高溫余熱常見于鋼鐵生產(chǎn)、玻璃制造等行業(yè)，其溫度一般高于650°C，適合用于回收轉(zhuǎn)換為電能或重新用于生產(chǎn)過程。低溫余熱主要來源于食品加工、紡織等行業(yè)，溫度低于650°C，多用于加熱或制冷。正確分類余熱資源對(duì)于實(shí)現(xiàn)其最大化利用至關(guān)重要，能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省能源消耗，并顯著減少環(huán)境污染。

2.2 余熱回收技術(shù)的原理

余熱回收技術(shù)的基本原理是利用熱交換器或其他設(shè)備從未被充分利用的熱能中回收能量。這一過程通常包括三個(gè)主要步驟：熱能的采集、熱能的轉(zhuǎn)換以及熱能的再利用。熱能的采集涉及使用管道、換熱器和集熱器等設(shè)備捕獲工業(yè)過程中產(chǎn)生的高溫廢氣或液體。一旦熱能被有效采集，它將通過換熱器傳遞給另一種介質(zhì)（如水或空氣），在這個(gè)過程中，熱能轉(zhuǎn)換為該介質(zhì)的內(nèi)能，使其溫度升高[3]。最后，升溫后的介質(zhì)可以在其他工業(yè)應(yīng)用中被再次利用。余熱回收技術(shù)不僅可以提高能源利用效率，減少能源消耗，還有助于降低企業(yè)的運(yùn)營成本和環(huán)境影響，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)路徑，如圖1所示。

3.余熱利用技術(shù)在火力發(fā)電廠節(jié)能中的應(yīng)用

3.1 案例背景

江蘇省的一家大型火力發(fā)電廠主要以煤炭為燃料，年發(fā)電量達(dá)到500億千瓦時(shí)。由于燃煤發(fā)電的特性，該發(fā)電廠在運(yùn)行過程中產(chǎn)生大量的煙氣及廢熱。根據(jù)最近的能效評(píng)估報(bào)告顯示，該發(fā)電廠的廢熱總量約為每小時(shí)1200兆焦，其中大部分廢熱來自于鍋爐的煙氣，其溫度為400°C至600°C。此外，蒸汽輪機(jī)排出的低溫?zé)崃恳彩强苫厥盏哪茉?，每小時(shí)的低溫廢熱量約300兆焦，溫度為100°C至200°C。該發(fā)電廠面臨的主要問題是如何有效利用這些廢熱資源來提高能源使用效率和減少環(huán)境污染。通過余熱回收技術(shù)，該發(fā)電廠可以將這些高溫?zé)煔夂偷蜏卣羝膹U熱轉(zhuǎn)換為電力或用于其他工業(yè)過程，如預(yù)熱鍋爐給水或供暖系統(tǒng)。利用余熱回收系統(tǒng)，預(yù)計(jì)可以減少約15%的煤炭消耗和相應(yīng)的二氧化碳排放，同時(shí)降低約10%的運(yùn)營成本。通過實(shí)施余熱利用項(xiàng)目，該發(fā)電廠不僅能夠提升自身的能源利用效率，也可以為周邊工業(yè)提供綠色能源，共同促進(jìn)區(qū)域內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 余熱回收系統(tǒng)的實(shí)施

該發(fā)電廠為了最大限度地利用產(chǎn)生的廢熱，設(shè)計(jì)了一套集成的余熱回收系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝多個(gè)熱交換器，這些熱交換器主要位于鍋爐煙道和蒸汽輪機(jī)排氣處。通過精確計(jì)算，熱交換器能處理每小時(shí)達(dá)1200兆焦的熱能，能夠?qū)㈠仩t煙氣中的高溫廢熱降至150°C，同時(shí)將這部分熱能轉(zhuǎn)換為對(duì)給水進(jìn)行預(yù)熱的能量，預(yù)熱溫度可提升至約250°C。低溫廢熱回收系統(tǒng)則針對(duì)每小時(shí)300兆焦的蒸汽輪機(jī)排熱進(jìn)行回收，供給熱網(wǎng)系統(tǒng)使用，提高了整體的熱效率。系統(tǒng)實(shí)施階段，該發(fā)電廠調(diào)整了原有的管道布局，新增了專門的廢熱輸送管道和附屬設(shè)施[4]。所有新增設(shè)施均采用高耐溫材料制造，以適應(yīng)長時(shí)間的高溫環(huán)境作業(yè)。余熱回收系統(tǒng)的投入使用，預(yù)計(jì)每年將為該發(fā)電廠節(jié)約燃煤成本超過1000萬元，同時(shí)減少大約5萬噸的二氧化碳排放。

3.3 系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行管理

余熱回收系統(tǒng)的調(diào)試階段，該發(fā)電廠組織了由專家和技術(shù)人員組成的項(xiàng)目組，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的調(diào)試和性能測試。在初期運(yùn)行階段，通過實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)記錄熱交換器的效率和運(yùn)行狀態(tài)，確保所有設(shè)備在最佳工作條件下運(yùn)行。為確保系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行，該發(fā)電廠還設(shè)立了專門的維護(hù)團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)日常的檢查和維護(hù)工作。系統(tǒng)正式運(yùn)行后，該發(fā)電廠利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析軟件，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估系統(tǒng)整體性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[5]。通過數(shù)據(jù)對(duì)比分析，初步評(píng)估顯示，余熱回收系統(tǒng)在提高熱效率方面表現(xiàn)優(yōu)異，熱交換效率穩(wěn)定在85%以上。同時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行管理采用了遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，確保系統(tǒng)在不同工況下均能高效運(yùn)行，最大化節(jié)能效果，并降低了人工操作錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

4.效果評(píng)估

4.1 節(jié)能效果的評(píng)估

根據(jù)余熱回收系統(tǒng)實(shí)施一年后的能源消耗和產(chǎn)出數(shù)據(jù)顯示，該發(fā)電廠的年煤炭消耗量從原先的400萬噸降低到了360萬噸。通過這一變化計(jì)算，年節(jié)能量達(dá)到960000兆焦（考慮每噸煤約為24兆焦的熱值）。此外，回收的熱能被用于加熱鍋爐給水和供暖系統(tǒng)，從而減少了額外能源的需求，總體提升了約5%的發(fā)電效率，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

實(shí)施余熱回收技術(shù)后，節(jié)能效果的顯著提升主要得益于余熱回收系統(tǒng)的高效能熱交換技術(shù)，該技術(shù)使得原本被排放的高溫廢氣和蒸汽轉(zhuǎn)化為有用的能量，用于預(yù)熱鍋爐給水和供暖系統(tǒng)，這種節(jié)能方式不僅減少了對(duì)煤炭的依賴，也為發(fā)電廠節(jié)約了能源開支。

4.2 環(huán)境影響評(píng)估

環(huán)境影響評(píng)估的數(shù)據(jù)如表2所示，證實(shí)了余熱回收技術(shù)的環(huán)保效益。

從表2可以看出，余熱回收技術(shù)實(shí)施后，二氧化碳排放量每年減少了10萬噸。此外，硫化物和氮氧化物的排放量也分別減少了500噸和350噸。這種顯著的減排效果歸功于系統(tǒng)能夠有效減少燃煤量，從而直接減少了燃燒過程中的有害氣體排放。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)濟(jì)效益分析顯示，余熱回收系統(tǒng)的投資回報(bào)率較高。項(xiàng)目初期投資約為5000萬元，主要用于購買和安裝熱交換器及相關(guān)設(shè)施。根據(jù)節(jié)能量和當(dāng)前煤炭市場價(jià)格（每噸約500元），該發(fā)電廠每年可節(jié)省約2000萬元的燃料成本。除此之外，由于發(fā)電效率的提高，額外生成的電力為發(fā)電廠帶來了約1500萬元的額外收入。綜合考慮，預(yù)計(jì)該項(xiàng)目的投資回收期約為1.5年，之后將為企業(yè)帶來持續(xù)的經(jīng)濟(jì)效益，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

總體來看，余熱回收系統(tǒng)不僅促進(jìn)了節(jié)能減排，還為該發(fā)電廠帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭力和持續(xù)發(fā)展能力。

5.結(jié)語

本案例研究表明，通過精確設(shè)計(jì)的余熱回收系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能效果，還能減少環(huán)境污染。展望未來，余熱回收技術(shù)的應(yīng)用潛力巨大，不僅能助力企業(yè)提升競爭力，還將推動(dòng)傳統(tǒng)能源行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的雙贏發(fā)展。

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作者單位：廣州中電荔新熱電有限公司