余熱利用技術在火力發電廠節能中的應用

摘" 要：本研究旨在探討余熱利用技術在火力發電廠中的節能潛力及環境和經濟效益。通過對某大型火力發電廠實施余熱回收系統的案例分析，本文詳細介紹了余熱回收技術的工作原理、實施過程及其對發電效率的影響。通過安裝熱交換器和改造現有設施，收集并利用高溫煙氣和蒸汽輪機的排熱，顯著提高了能源利用率。結果表明，實施余熱回收系統后，火力發電廠煤炭年消耗量減少，二氧化碳排放量同比下降，同時，額外電力產出為火力發電廠每年帶來了經濟收益。因此，余熱回收技術不僅能有效提高火力發電廠的能源利用效率、減少環境污染，還能增加經濟效益，是推動能源行業可持續發展的重要技術之一。

關鍵詞：余熱回收技術；火力發電廠；節能減排；經濟效益

1.引言

在工業生產中，高效利用能源是提高經濟效益和降低環境影響的關鍵途徑。火力發電廠屬于能源密集型行業，其能耗和產生的廢熱問題一直是節能減排研究的重點。余熱利用技術能夠將發電過程中產生的廢熱轉化為能再次使用的能源，不僅能顯著提高能源使用效率，還有助于降低火力發電廠的碳排放[1]。通過回收余熱，火力發電廠可以減少對原燃料的依賴，降低生產成本，并對環境保護做出貢獻。本文旨在通過案例研究的方式，詳細分析火力發電廠余熱利用的技術方案、實施過程及其節能效果，探討其經濟與環境雙重效益，以期為能源行業提供節能減排的可行性建議和決策支持。

2.余熱利用技術的概述

2.1 余熱資源的定義與分類

余熱資源是指在工業生產過程中不可避免產生的、未被直接利用的熱能。這類資源普遍存在于制造業、發電站和化工廠等場所，通常包括煙氣、冷卻水、爐渣和過程排氣等形式。余熱的分類依據其來源和溫度不同，可分為高溫余熱和低溫余熱[2]。高溫余熱常見于鋼鐵生產、玻璃制造等行業，其溫度一般高于650°C，適合用于回收轉換為電能或重新用于生產過程。低溫余熱主要來源于食品加工、紡織等行業，溫度低于650°C，多用于加熱或制冷。正確分類余熱資源對于實現其最大化利用至關重要，能夠為企業節省能源消耗，并顯著減少環境污染。

2.2 余熱回收技術的原理

余熱回收技術的基本原理是利用熱交換器或其他設備從未被充分利用的熱能中回收能量。這一過程通常包括三個主要步驟：熱能的采集、熱能的轉換以及熱能的再利用。熱能的采集涉及使用管道、換熱器和集熱器等設備捕獲工業過程中產生的高溫廢氣或液體。一旦熱能被有效采集，它將通過換熱器傳遞給另一種介質（如水或空氣），在這個過程中，熱能轉換為該介質的內能，使其溫度升高[3]。最后，升溫后的介質可以在其他工業應用中被再次利用。余熱回收技術不僅可以提高能源利用效率，減少能源消耗，還有助于降低企業的運營成本和環境影響，是實現工業可持續發展的重要技術路徑，如圖1所示。

3.余熱利用技術在火力發電廠節能中的應用

3.1 案例背景

江蘇省的一家大型火力發電廠主要以煤炭為燃料，年發電量達到500億千瓦時。由于燃煤發電的特性，該發電廠在運行過程中產生大量的煙氣及廢熱。根據最近的能效評估報告顯示，該發電廠的廢熱總量約為每小時1200兆焦，其中大部分廢熱來自于鍋爐的煙氣，其溫度為400°C至600°C。此外，蒸汽輪機排出的低溫熱量也是可回收的能源，每小時的低溫廢熱量約300兆焦，溫度為100°C至200°C。該發電廠面臨的主要問題是如何有效利用這些廢熱資源來提高能源使用效率和減少環境污染。通過余熱回收技術，該發電廠可以將這些高溫煙氣和低溫蒸汽的廢熱轉換為電力或用于其他工業過程，如預熱鍋爐給水或供暖系統。利用余熱回收系統，預計可以減少約15%的煤炭消耗和相應的二氧化碳排放，同時降低約10%的運營成本。通過實施余熱利用項目，該發電廠不僅能夠提升自身的能源利用效率，也可以為周邊工業提供綠色能源，共同促進區域內的可持續發展。

3.2 余熱回收系統的實施

該發電廠為了最大限度地利用產生的廢熱，設計了一套集成的余熱回收系統。系統設計安裝多個熱交換器，這些熱交換器主要位于鍋爐煙道和蒸汽輪機排氣處。通過精確計算，熱交換器能處理每小時達1200兆焦的熱能，能夠將鍋爐煙氣中的高溫廢熱降至150°C，同時將這部分熱能轉換為對給水進行預熱的能量，預熱溫度可提升至約250°C。低溫廢熱回收系統則針對每小時300兆焦的蒸汽輪機排熱進行回收，供給熱網系統使用，提高了整體的熱效率。系統實施階段，該發電廠調整了原有的管道布局，新增了專門的廢熱輸送管道和附屬設施[4]。所有新增設施均采用高耐溫材料制造，以適應長時間的高溫環境作業。余熱回收系統的投入使用，預計每年將為該發電廠節約燃煤成本超過1000萬元，同時減少大約5萬噸的二氧化碳排放。

3.3 系統調試與運行管理

余熱回收系統的調試階段，該發電廠組織了由專家和技術人員組成的項目組，負責系統的調試和性能測試。在初期運行階段，通過實時監控系統記錄熱交換器的效率和運行狀態，確保所有設備在最佳工作條件下運行。為確保系統長期穩定運行，該發電廠還設立了專門的維護團隊，負責日常的檢查和維護工作。系統正式運行后，該發電廠利用先進的數據分析軟件，對系統的運行數據進行分析，評估系統整體性能是否達到設計標準[5]。通過數據對比分析，初步評估顯示，余熱回收系統在提高熱效率方面表現優異，熱交換效率穩定在85%以上。同時，系統的運行管理采用了遠程監控和自動調節技術，確保系統在不同工況下均能高效運行，最大化節能效果，并降低了人工操作錯誤的風險。

4.效果評估

4.1 節能效果的評估

根據余熱回收系統實施一年后的能源消耗和產出數據顯示，該發電廠的年煤炭消耗量從原先的400萬噸降低到了360萬噸。通過這一變化計算，年節能量達到960000兆焦（考慮每噸煤約為24兆焦的熱值）。此外，回收的熱能被用于加熱鍋爐給水和供暖系統，從而減少了額外能源的需求，總體提升了約5%的發電效率，具體數據如表1所示。

實施余熱回收技術后，節能效果的顯著提升主要得益于余熱回收系統的高效能熱交換技術，該技術使得原本被排放的高溫廢氣和蒸汽轉化為有用的能量，用于預熱鍋爐給水和供暖系統，這種節能方式不僅減少了對煤炭的依賴，也為發電廠節約了能源開支。

4.2 環境影響評估

環境影響評估的數據如表2所示，證實了余熱回收技術的環保效益。

從表2可以看出，余熱回收技術實施后，二氧化碳排放量每年減少了10萬噸。此外，硫化物和氮氧化物的排放量也分別減少了500噸和350噸。這種顯著的減排效果歸功于系統能夠有效減少燃煤量，從而直接減少了燃燒過程中的有害氣體排放。

4.3 經濟效益分析

經濟效益分析顯示，余熱回收系統的投資回報率較高。項目初期投資約為5000萬元，主要用于購買和安裝熱交換器及相關設施。根據節能量和當前煤炭市場價格（每噸約500元），該發電廠每年可節省約2000萬元的燃料成本。除此之外，由于發電效率的提高，額外生成的電力為發電廠帶來了約1500萬元的額外收入。綜合考慮，預計該項目的投資回收期約為1.5年，之后將為企業帶來持續的經濟效益，具體數據如表3所示。

總體來看，余熱回收系統不僅促進了節能減排，還為該發電廠帶來了可觀的經濟回報，增強了企業的市場競爭力和持續發展能力。

5.結語

本案例研究表明，通過精確設計的余熱回收系統，不僅能實現顯著的節能效果，還能減少環境污染。展望未來，余熱回收技術的應用潛力巨大，不僅能助力企業提升競爭力，還將推動傳統能源行業的綠色轉型，促進經濟與環境的雙贏發展。

參考文獻：

[1]蘇星宇， 郭晗。火力發電廠集控運行節能降耗技術措施分析[J]. 工程學研究與實用， 2024， 5（13）： 127-129.

[2]王磊。火力發電廠節能減排技術的最新進展與應用[J]. 工程管理， 2024， 5（6）： 135-136+ 139.

[3]張景紅。火電廠動力工程中的熱能平衡與節能技術探討[J]. 水電科技， 2024， 7（10）： 114-116.

[4]李海陽。火力發電廠鍋爐煙氣余熱利用應用方案探討[J]. 機械與電子控制工程， 2024， 6（14）： 130-132.

[5]鄭雪東。火電廠熱能與動力工程中的節能技術探討[J]. 工程學研究與實用， 2024， 5（16）： 181-183.

作者單位：廣州中電荔新熱電有限公司