剖析低品位余熱蒸汽回收利用改造

文 //高建麗 南京市節能監察中心

剖析低品位余熱蒸汽回收利用改造

文 //高建麗 南京市節能監察中心

低品位余熱是一種指品位低、濃度小、能量少的廢熱能源。但從節能減排角度看，低品位余熱利用是產能端和用能端節能的關鍵環節。與發達國家相比，我國工業領域內低品位余熱利用還有一定的差距，各行業、各企業之間也不均衡。余熱利用作為節能減排中的重要部分,具有巨大的節能潛力。本文通過對一個化工企業低品位余熱利用的實例，說明合理、更大化地利用低品位余熱的一種方法。

1 低品位余熱概述

低品位余熱是相對于煤、石油、天然氣等高品位能源而言，其相同單位內包含的能量很低，目前可分為3類：熱值小于600kcal/Nm的低濃度可燃物、溫度低于800℃的顯熱物體和溫度低于400℃的低溫尾氣煙氣。對蒸汽而言，溫度高于400℃的蒸汽屬高品位蒸汽，250℃～400℃蒸汽屬中品位蒸汽，低于250℃的蒸汽屬低品位蒸汽。

工業低品位余熱主要是工業企業在生產過程中，熱能轉換設備及用能設備運行中排放的廢熱、廢水、廢氣等低品位能源。在石化、鋼鐵、建材和紡織等行業都存在豐富的、不同等級的余熱蒸汽，低品位蒸汽的利用一直是能源界研究的一個課題，也是節能的重要手段之一。

2 企業低品位余熱蒸汽來源

某煤化工廠以煤為原料，采用水煤漿加壓氣化技術生產水煤氣，通過氣體凈化、甲醇合成、一氧化碳深冷分離等工序生產甲醇及一氧化碳，其生產能力為年產一氧化碳30萬t、甲醇20t的規模。在生產過程中，粗合成氣、冷卻、變換及甲醇合成反應均放出大量的熱量，為了充分利用這些熱量,配設了余熱鍋爐, 余熱鍋爐產生的蒸汽，除生產工藝系統自身消耗一部分外，尚余很多。其生產工藝流程見圖1。

圖1

在整個工藝流程中，利用粗合成氣產生的熱量、變換及甲醇合成反應放出的熱量，通過與之配套的余熱回收裝置產生大量的蒸汽。水煤漿氣化的熱回收工藝處配置的余熱鍋爐產生1.8MPa、220～230℃的蒸汽50～58t/h，甲醇合成反應器可產生1.8MPa、220℃的蒸汽28～31t/h，合計蒸汽量為78～89t/h；在變換工藝處配置了2臺低壓余熱鍋爐，產生0.5MPa的飽和蒸汽60t/h。正常運行時，工藝系統自身需要一部分蒸汽，即1.8MPa的蒸汽25～28t/h，0.5MPa的蒸汽32～40t/h。因此生產中尚有蒸汽富裕量為：1.8MPa的蒸汽46～58t/h；0.5MPa的蒸汽20～28t/h。蒸汽平衡見表1。

表1 水煤氣生產工藝中的蒸汽平衡表

3 低品位余熱蒸汽利用改造方案

該煤化工企業工藝生產產生的余熱蒸汽是低壓蒸汽，屬低品位蒸汽。如何更好的利用生產的余熱所產的低品位蒸汽，有兩個改造方案。方案一：建設2臺中溫中壓或次高溫次高壓燃煤補燃鍋爐配置1套中溫中壓或次高溫次高壓汽輪發電機組；方案二：建設1套低品位補汽凝汽式汽輪發電機組。

方案一是將低壓蒸汽分別進入2臺補燃鍋爐，產生中溫中壓（3.82MPa、450℃）或次高溫次高壓（5.3MPa、485℃）的蒸汽，再進入汽輪發電機組發電，該方案所選用汽輪發電機組的初參數是中溫中壓（3.43MPa、435℃）或次高溫次高壓（4.9MPa、470℃），機組屬定型產品，有成熟的運行經驗；補燃鍋爐在冶金、建材、化工等行業均有運用。但該方案要建2臺燃煤補燃鍋爐，一方面增加投資、占地面積；另一方面要燃煤，增加煙塵及二氧化硫的排放量。

方案二選用的低品位熱能汽輪發電機組，無論從安全運行還是熱效率上來講，近年來均得到提高和發展，機組也逐步完善、成熟。目前國內外已有多個系列的低品位熱能汽輪發電機組產品，并已有近70臺套投入運行。經調研，針對企業工藝生產的余熱所產的低壓蒸汽，在進汽參數P=1.8MPa、t=220℃，進汽量為46～58t/h，補汽參數P=0.5MPa、t=158℃，補汽量為20～28t/h時，發電量即為9640～12432kW，就可以選用1套12000kW低品位補汽凝汽式汽輪發電機組。該方案只需新建1低品位補汽凝汽式汽輪發電機組，投資省、占地少，而且不增加任何燃料，對環境影響很小，故采用此方案。

4 方案實施和經濟性分析

該余熱發電項目為建設1套BN12—1.7/0.6型、額定功率9640～12000kW補汽凝汽式汽輪發電機組，利用工藝生產的余熱鍋爐產生的多余的低品位蒸汽發電，使得多余的蒸汽不放散，符合國家資源綜合利用政策的要求。

該項目的熱力系統將公司內工藝生產所配余熱鍋爐產生的蒸汽由管道輸送至接至汽輪機。余熱發電廠房包括汽輪發電機間、電氣及控制室間。汽輪機橫向布置，廠房共長24m，廠房內安裝一臺雙梁橋式起重機，作汽輪發電機組檢修之用。汽輪發電機廠房運轉層標高為7m。電氣高壓開關室設在發電廠房低層，熱工控制室設在廠房運轉層機頭。廠用電采用380/220v動力和照明共用的中性點直接接地的三相五線制接線方式。

按最大蒸汽進汽量為86t/h，年運行7425h計，扣除廠用電量，每年可向公司提供電力6298萬kWh，減少了公司外購電量，有效降低生產成本，對公司提高經濟效益有重大意義。

改造方案實施后，對比燃煤發電機組，按年發電量7157.7萬 kWh計算，每年可節約標準煤79000t，工程全部投資回收期5.29a，內部收益率22.53%。

5 結論

利用企業生產工藝產生的剩余低品位蒸汽發電，既可消除多余蒸汽放空，減少對環境的影響，又使多余低品位蒸汽得到有效利用。通過跟蹤調查顯示，目前該機組實際年發電量達6000萬kWh，無論從節能、資源綜合利用還是從環保角度，其經濟效益和社會效益極為顯著。