利用球團煙氣余熱發電的可行性

◎ 于文華 趙立榮

利用球團煙氣余熱發電的可行性

◎ 于文華 趙立榮

由于當前我國能源利用率低、生態環境壓力大，文章通過介紹余熱回收利用現狀，針對國內球團廠的排廢煙氣，闡述了利用廢棄余熱發電的方案以及取得的經濟效益，探討利用球團煙氣余熱發電的可行性。

項目背景及意義

余熱利用現狀及國家節能政策。當前我國能源利用仍存在利用效率低、經濟效益差、生態環境壓力大的主要問題，節能減排、降低能耗、提高能源綜合利用率作為發展戰略規劃的重要內容，是解決我國能源問題的重要途徑。

目前我國能源利用率僅為33%左右，比發達國家低10%，至少50%的工業耗能以各種形式的余熱被直接廢棄，因此，工業余熱回收利用又被稱為一種“新能源”，節能潛力巨大，已成為我國節能減排工作的一項重要內容。

國家發改委在“十二五”規劃中要求：到2015年能源消耗的強度比2010年要下降16%，溫室氣體的排放強度要下降17%，主要污染物的排放總量要下降8～10%。要實現這些目標，其具體措施包括調整經濟結構、淘汰落后產能、限制“兩高”行業的發展，大力發展新興產業、大力發展服務業。要積極推進技術進步，特別是節能減排的技術，節能減排的產品，實施節能減排重點工程，推進企業進行技術改造。

只有政府、企業、社會、群體的共同努力，全面落實國家節能減排的目標和措施，才能實現上述目標。

余熱現狀

現有熱源參數如下：

中低溫煙氣直接排入大氣，造成熱量浪費，隨著國家節能、減排政策的推進，挖掘企業潛力，降低生產成本勢在必行，利用高溫煙氣發電可以廢氣再利用，是節能、減排措施之一。

煙氣余熱利用可行性分析

200℃的煙氣，可以采用ORC(有機朗肯循環)余熱發電技術進行發電，根據熱力學的有機朗肯循環原理，利用低品位余熱發電，具有機械損耗低，熱能利用率高、易啟動，日常維護成本低等優點，可以滿足需求。

通過本項目的實施，可年發電476.784×104kWh，年節約標煤1668噸。

煙氣余熱發電項目方案

ORC(有機朗肯循環)余熱發電技術簡介。煙氣余熱發電屬于低品位余熱利用技術，傳統的以高溫、高壓水蒸汽做為驅動力的汽輪機發電機組不再適用，采用ORC(有機朗肯循環)系統，利用有機工質在低溫下蒸發的特性，采用有機工質做為循環工質，有機工質在蒸發器內吸熱蒸發，產生一定的壓力，驅動螺桿膨脹機發電。ORC(有機朗肯循環)余熱發電原理圖如下：

本工程中采用煙氣集熱器分別將煙氣溫度由200oC降溫至160oC，收集到的熱量可以將63.7t/h的熱水從70oC升溫至159需oC，作為ORC螺桿膨脹發電的熱源。

159℃的熱水進入ORC機組的蒸發器，使低溫液體有機工質吸熱轉變為有機工質蒸汽，工質蒸氣進入螺桿膨脹機膨脹，驅動發電機發電；從蒸發器排出的熱水再進入預熱器加熱即將進入蒸發器的液體工質；從預熱器排出的70oC熱水進入煙氣集熱器吸收煙氣熱量后再升溫至159oC循環使用；而膨脹發電后的工質蒸氣則進入蒸發式冷凝器冷凝為液體，再進入預熱器循環使用。當螺桿機需檢修或緊急停機時，螺桿機快關閥立即關閉，集熱器進水閥門切斷，循環水儲存在儲罐中，不影響前續工藝正常生產。

項目目標。總裝機容量為：950需kW；凈發電量為：602需kW。

方案配置

(1)需ORC螺桿膨脹發電站KE950-110W-1-50一套。

a)主發電機的裝機功率：950需kW；

b)蒸發式凝汽器耗水量：10.0t/h；

c)凈發電功率：620kW(除去自身、蒸發冷、工質泵、油泵等耗功)

需(2)熱水泵2臺。熱水泵2臺需流量：80噸/小時，揚程：30需m，額定功率：15kW，變頻控制

需(3)補水泵2臺。補水泵2臺需流量：8噸/小時，揚程：67需m，額定功率：3kW

滿負荷運行時，凈發電總量：620-15-3=602kW。

設備布置

螺桿膨脹發電站單臺機組尺寸：一臺KE950-110W-1-50長(m)×寬(m)×高(m)11＊9＊11，需單臺運行重量140噸；以上要求設備四周有1m以上的空間，安裝位置要求室內（也可在室外加蓋簡易房），以靠近接入用戶低壓柜、冷卻水源為最佳。

發電機組布置位置

實際安裝位置現場踏勘后確定，達到合理、美觀、實用的效果。

方案實施條件

場地要求。本工程為余熱發電工程，在場地建設上有一定的局限性，考慮以充分利用高度空間，采用集中布置方式。機組為集成模塊式結構，直接配置防雨設施；在發電站設備上裝有控制臺，開關柜需要設置在廠房內的電控室中；動力風機、水泵需要廠方提供連接。

電源要求：交流電源需AC380V，3相，50HZ。

水源要求:煙氣集熱器循環水為一次性注入，循環使用，要求水質為去離子水，不含雜質。蒸發式冷凝器用水要求達到工業循環水標準即可。

經濟效益分析

效益計算依據

年最大負荷利用小時：7920小時

電價：0.6元/度

水價：1.1元/噸

效益分析

說明：節約標煤指標 0.35kg/kWh，減少 CO2排放指標0.8316kg/kWh。

年獲節能補助。年節約標準煤1668噸×500元/噸=83.40萬元（各地政府節能補助情況不同，按當地政府補助計算）。

工程造價（估價）

結論。根據以上分析，煙氣利用ORC技術低溫余熱發電具有可行性；每年可為企業創造277.898萬元經濟效益，減少CO2排放3965噸。

(作者單位：首鋼通鋼集團板石礦業公司)