芻議提高余熱發電的技術措施

李永濤 趙仁軍 程吉曄

摘 要：目前，節能減排已經成為了國際共識，提升能源綜合利用率則是當務之急。于我國而言，余熱資源十分豐富，其廣泛存在于工業生產過程中。余熱資源大約占據總體燃料消耗總量的17%～67%左右，其中可回收率高達60%。可見，我國余熱利用率存在巨大的潛力，將余熱資源用于發電，能夠顯著降低能源消耗，并滿足我國不斷增長的用電需求。因此文章結合工程實例，就余熱發電技術措施進行探討。

關鍵詞：余熱發電；技術措施；節能減排

1 工業余熱資源概述

余熱資源本質上是一種二次能源，是一次能源或者是可燃物料經過轉換之后得到的產物，亦或者燃料在實際燃燒過程中所產生的熱量在實現某一工藝之后所剩余的熱量。依據余熱資源溫度品位來進行劃分，通常可以將工業余熱劃分為600℃以上的高溫余熱，300～600℃之間的中溫余熱以及300℃以下的低溫余熱3種類型；依據余熱資源的來源進行劃分，可以將工業余熱分為煙氣余熱、冷卻介質余熱、廢汽廢水余熱、化學反應熱、高溫產品以及爐渣余熱、可燃廢氣和廢料余熱等。縱然余熱資源的來源十分廣泛，溫度范圍也相對較廣，同時以多種形式存在。不過單純從余熱資源的利用角度來看，其具備如下共同點：因為工藝生產過程具備一定的周期性、間斷性，且生產過程相對較為波動，這就使得余熱量相對來說并不穩定；同時，余熱介質的性質相對較為惡劣，例如煙氣中就包含的而又大量的粉塵以及腐蝕性的物質成分；此外，余熱利用裝置容易受到場地、原生產等現有條件的限制。因此，工業余熱資源利用系統或設備運行環境相對惡劣，要求有寬且穩定的運行范圍，能適應多變的生產工藝要求，設備部件可靠性高，初期投入成本高，從經濟性出發，需要結合工藝生產進行系統整體的設計布置，綜合利用能量，以提高余熱利用系統設備的效率。

2 工程實例

2.1 基本概況

某水泥廠總共有兩條生產線。1#窯是日產熟料2000t的窯外分解工藝線，2#窯日產熟料1680t的窯外分解工藝線；1#窯余熱發電最初是采用帶補燃鍋爐的低溫廢氣余熱發電。然而由于煤矸石價格的不斷上漲，且該余熱發電模式未能有效利用廢氣資源。因此需要對該系統進行優化改造，改造之后選用不帶補燃鍋爐的純低溫廢氣余熱發電，SP爐加上AQC爐，充分利用預熱器出口廢氣加上冷卻機余風，每噸熟料可以供應發電容量為31～45kW的熱能。

2.2 系統結構

2.2.1 AQC鍋爐

AQC鍋爐雙壓結構，高壓段出口額定蒸汽壓力1.6MPa，低壓段出口額定蒸汽壓力0.35MPa。AQC鍋爐整體采用管箱式結構，自上而下有高壓過熱器，兩極高壓蒸發器，高壓省煤器，低壓過熱器，低壓蒸發器，兩極省煤器。

2.2.2 SP余熱鍋爐

本鍋爐采用單鍋筒自然循環方式，露天立式布置，結構緊湊、占地小，煙氣從上而下分別橫向沖刷過熱器、六級蒸發器、省煤器，汽流方向與粉塵方向一致，每級受熱面都設置了振打除灰裝置，共八組，布置在爐的一側，振打頻率3次/分鐘，沖擊力1500N。粉塵隨氣流均勻排出爐底。

2.2.3 BN9-1.6/0.2型汽輪機

汽輪機包括通流結構和本體結構、汽缸、軸承座、軸承、主汽門、調速汽門、保安裝置等組成。

2.2.4 熱力系統

來自鍋爐的主蒸汽經隔離閥到主汽門，主汽門內裝有蒸汽濾網，以分離蒸汽中的水滴和防止雜物進入汽輪機。蒸汽經主汽門分二路進入汽輪機蒸汽室兩側。蒸汽在汽輪機中膨脹做功后排入凝汽器凝結成水。來自低壓鍋爐的補汽經補汽閥從第六壓力級后進入汽輪機做功。凝結水由凝結水泵升壓后，經汽封加熱器到除氧器。經除氧后的凝結水，由給水泵升壓后進入鍋爐，重新被加熱蒸發成新蒸汽。

2.3 余熱發電存在的問題及解決措施

經過一段時間的運行之后，發現AQC鍋爐入口位置的高壓過熱器的螺旋鰭片管中間位置以及AQC鍋爐的出口位置極為容易受到損壞。但是兩邊的地位以及距離出口較遠的位置相對保持完好，證明煙氣走近路并被直接抽出。因此，可以考慮利用角鋼添加一道導流板在AQC鍋爐入口位置處，將熱風向兩邊分。出口處把抽風管道往內部延伸到中部，管道下部1/3部分每隔300mm加一排8個孔大小一樣的，從外往內分別是Φ100、Φ130、Φ160、Φ190、Φ220各5排，總開孔面積為4.3018m2。采取該項措施之后，能夠顯著提升高壓過熱器的螺旋鰭片管的使用壽命，有效節約成本大約200萬元。同時能夠有效提升AQC鍋爐的使用壽命，顯著增加發電量。

總之，余熱發電是對二次能源的有效利用，也是實現能源節約的有效途徑。工業企業努力發展以及大力推廣余熱發電技術是符合可持續發展要求以及實現經濟循環的重要手段。不過由于我國工業余熱資源發電技術起步相對較晚，在推廣過程中還面臨著諸多問題。因此高度重視余熱資源發電技術中存在的問題，結合余熱資源實際狀況，采取合理的技術措施加以改進，在確保余熱資源利用率最大化的基礎上，更好的實現發電功能十分必要。文章結合某水泥廠余熱資源發電實際，針對其中存在的問題，提出了相應的改進措施。實踐證明，能夠取得較好的發電效果，值得大力推廣和借鑒。

參考文獻

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（作者單位：中國新型建材設計研究院）