剖析低品位余熱蒸汽回收利用改造

文 //高建麗 南京市節(jié)能監(jiān)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(jié)能監(jiān)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(jié)能減排角度看，低品位余熱利用是產(chǎn)能端和用能端節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。與發(fā)達(dá)國家相比，我國工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)低品位余熱利用還有一定的差距，各行業(yè)、各企業(yè)之間也不均衡。余熱利用作為節(jié)能減排中的重要部分,具有巨大的節(jié)能潛力。本文通過對一個化工企業(yè)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(nèi)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(yè)低品位余熱主要是工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中，熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備及用能設(shè)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(yè)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(jié)能的重要手段之一。

2 企業(yè)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(shù)生產(chǎn)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(chǎn)甲醇及一氧化碳，其生產(chǎn)能力為年產(chǎn)一氧化碳30萬t、甲醇20t的規(guī)模。在生產(chǎn)過程中，粗合成氣、冷卻、變換及甲醇合成反應(yīng)均放出大量的熱量，為了充分利用這些熱量,配設(shè)了余熱鍋爐, 余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽，除生產(chǎn)工藝系統(tǒng)自身消耗一部分外，尚余很多。其生產(chǎn)工藝流程見圖1。

圖1

在整個工藝流程中，利用粗合成氣產(chǎn)生的熱量、變換及甲醇合成反應(yīng)放出的熱量，通過與之配套的余熱回收裝置產(chǎn)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(chǎn)生1.8MPa、220～230℃的蒸汽50～58t/h，甲醇合成反應(yīng)器可產(chǎn)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(chǎn)生0.5MPa的飽和蒸汽60t/h。正常運行時，工藝系統(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)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(yè)工藝生產(chǎn)產(chǎn)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(chǎn)的余熱所產(chǎn)的低品位蒸汽，有兩個改造方案。方案一：建設(shè)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(fā)電機組；方案二：建設(shè)1套低品位補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組。

方案一是將低壓蒸汽分別進入2臺補燃鍋爐，產(chǎn)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(fā)電機組發(fā)電，該方案所選用汽輪發(fā)電機組的初參數(shù)是中溫中壓（3.43MPa、435℃）或次高溫次高壓（4.9MPa、470℃），機組屬定型產(chǎn)品，有成熟的運行經(jīng)驗；補燃鍋爐在冶金、建材、化工等行業(yè)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(fā)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(fā)展，機組也逐步完善、成熟。目前國內(nèi)外已有多個系列的低品位熱能汽輪發(fā)電機組產(chǎn)品，并已有近70臺套投入運行。經(jīng)調(diào)研，針對企業(yè)工藝生產(chǎn)的余熱所產(chǎn)的低壓蒸汽，在進汽參數(shù)P=1.8MPa、t=220℃，進汽量為46～58t/h，補汽參數(shù)P=0.5MPa、t=158℃，補汽量為20～28t/h時，發(fā)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(fā)電機組。該方案只需新建1低品位補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，投資省、占地少，而且不增加任何燃料，對環(huán)境影響很小，故采用此方案。

4 方案實施和經(jīng)濟性分析

該余熱發(fā)電項目為建設(shè)1套BN12—1.7/0.6型、額定功率9640～12000kW補汽凝汽式汽輪發(fā)電機組，利用工藝生產(chǎn)的余熱鍋爐產(chǎn)生的多余的低品位蒸汽發(fā)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(tǒng)將公司內(nèi)工藝生產(chǎn)所配余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽由管道輸送至接至汽輪機。余熱發(fā)電廠房包括汽輪發(fā)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(nèi)安裝一臺雙梁橋式起重機，作汽輪發(fā)電機組檢修之用。汽輪發(fā)電機廠房運轉(zhuǎn)層標(biāo)高為7m。電氣高壓開關(guān)室設(shè)在發(fā)電廠房低層，熱工控制室設(shè)在廠房運轉(zhuǎn)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(chǎn)成本，對公司提高經(jīng)濟效益有重大意義。

改造方案實施后，對比燃煤發(fā)電機組，按年發(fā)電量7157.7萬 kWh計算，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤79000t，工程全部投資回收期5.29a，內(nèi)部收益率22.53%。

5 結(jié)論

利用企業(yè)生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的剩余低品位蒸汽發(fā)電，既可消除多余蒸汽放空，減少對環(huán)境的影響，又使多余低品位蒸汽得到有效利用。通過跟蹤調(diào)查顯示，目前該機組實際年發(fā)電量達(dá)6000萬kWh，無論從節(jié)能、資源綜合利用還是從環(huán)保角度，其經(jīng)濟效益和社會效益極為顯著。