余熱發電在大型化工廠中的應用

楊鍇

摘 要：余熱發電技術如今已經大量成熟運用于各種工廠，對我國環保事業的發展具有重要的戰略意義。本文介紹了低品位余熱發電在化工行業的應用，結合工程實例介紹了余熱發電在大型化工廠中的具體設計，重點介紹了工藝流程、電氣方案，分析了余熱發電節能環保優勢，低溫余熱發電的發展趨勢。

關鍵詞：余熱發電 化工廠 螺桿膨脹發電站

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（c）-0055-02

余熱是燃料燃燒過程中所發出的熱量在完成某一工藝過程后所剩下的熱量。余熱發電就是利用生產過程中多余的熱能轉換為電能的技術。余熱發電不僅節能，還有利于環境保護。在鋼鐵、石油化工、建材、水泥、制糖等行業中，具有大量低品位余熱（一般低于500℃），包括低品位煙氣、蒸汽和熱水等。目前，已經投入運營或立項研究的余熱發電技術主要包括如下行業：水泥行業窯爐余熱發電技術、焦化行業焦爐尾氣余熱回收發電技術、鋼鐵行業燒結余熱發電技術及干熄焦余熱發電技術、建材行業浮法玻璃線余熱發電技術、石化行業余熱發電技術等[1]。

1 余熱發電項目實例

本文以神華寧煤煤制油項目為例，神華寧煤煤制油項目全廠水系統有較高溫度的工藝凝液需要冷卻到較低溫度，目前的工藝方案是使用冷卻塔給工藝凝液降溫，該方案造成了大量的熱能浪費，并且冷卻塔的運行需要耗費額外的電能，因此，筆者所在的設計院設計了一套余熱發電系統以減少能源的浪費，達到節能減排的目的。

經過技術指標和經濟指標綜合比對，設計院選擇ORC螺桿膨脹發電站作為余熱發電主要發電設備。ORC螺桿膨脹發電站是集成了蒸發器、冷凝器、有機泵、膨脹機、發電機的成套設備，其發電原理如圖1所示。使用時只需將較高溫度的工藝凝液送至ORC螺桿膨脹發電站冷卻降溫，得到較低溫度的工藝凝液，同時輸出電能，不會對原生產工藝產生影響。

余熱發電系統進線采用10kV電源，電源引自上級兩段10kV母線的其中一段。在發電系統內部設一臺10/0.4kV變壓器，供發電系統內部用電負荷使用，進線電纜接至變壓器進線端。發電機為0.4kV發電機，發出電源通過電纜接至發電系統內部低壓母線段。發電系統啟動時，使用市電啟動。發電機啟動后，發出電供發電系統內部用電負荷使用，同時在發電系統內部QF01和QF02處完成并網，并網后把剩余電量通過變壓器升壓至10kV，通過10kV進線電纜輸送至上級10kV母線，供10kV母線上所帶負荷使用。在上級10kV進線端設逆功率保護器，與發電機出線斷路器連通，防止發出電源倒送電。兩臺逆功率器獨立成柜，放置在上級35kV變電所內。余熱發電系統單線圖見圖2。

2 環保效益分析

余熱發電具有巨大的環保效益和經濟效益。余熱發電環保效益分析一般通過計算發電用煤減少量對應的污染物削減量來評價。這是由于我國的能源結構以煤為主，節能產生的環境效益和煤炭消耗減少量直接相關，因此相應的污染物年減排量計算關系式為：

（1）

式（1）中，Mc為污染物年減排量，萬t；K為污染物排放定額，見表1；E為余熱發電量，kW；τ為時間，一年按8000h計。

經計算，采用余熱發電模式的節能和環保效益如表1所示。

3 結語

本文介紹的螺桿膨脹發電站是一種可以有效利用低品位余熱作為動力，將熱能轉換為電能的裝置，該裝置可以由設備供應商成套提供，產生的電能質量穩定，可以并網至電網，具有良好的經濟效益和環保效益。螺桿膨脹發電站技術成熟，故障率低，十分適合應用于化工行業。美中不足的是螺桿膨脹發電站初期投資昂貴，國家應出臺相應的補貼或貸款政策鼓勵工廠廣泛使用余熱發電裝置。

參考文獻

[1] 尹剛，吳方松，張立東.低溫余熱發電技術的特點和發展趨勢探討[J].東方電氣評論，2011（3）：1-6.

[2] 胡濱海.閃蒸技術在余熱發電中的應用[J].電站系統工程， 2004（9）：53-54.

[3] 陶云，陸海梅，陳新，等.淺談閃蒸器在余熱發電系統中的應用[J].工業鍋爐，2009（6）：39-40.

[4] 彭根南.余熱鍋爐排煙溫度參數優化[J].華中理工大學學報，1998（7）：91-93.

[5] 北京有色冶金設計研究總院.余熱鍋爐設計與運行[M]. 北京：冶金工業出版社，1982.