剖析低品位余熱蒸汽回收利用改造

低品位余熱是相對(duì)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(lèi)：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。

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(guó)家相比，我國(guó)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(guò)對(duì)一個(gè)化工企業(yè)低品位余熱利用的實(shí)例，說(shuō)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(duì)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(lèi)：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(duì)蒸汽而言，溫度高于40 0℃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(guò)程中，熱能轉(zhuǎn)換設(shè)備及用能設(shè)備運(yùn)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(jí)的余熱蒸汽，低品位蒸汽的利用一直是能源界研究的一個(gè)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(lái)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(guò)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(wàn)t、甲醇20t的規(guī)模。在生產(chǎn)過(guò)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(jiàn)圖1。

在整個(gè)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(guò)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(jì)蒸汽量為78～89t/h;在變換工藝處配置了2臺(tái)低壓余熱鍋爐，產(chǎn)生0.5MPa的飽和蒸汽60t/h。正常運(yùn)行時(shí)，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(jiàn)表1。

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(gè)改造方案。方案一：建設(shè)2臺(tái)中溫中壓或次高溫次高壓燃煤補(bǔ)燃鍋爐配置1套中溫中壓或次高溫次高壓汽輪發(fā)電機(jī)組;方案二：建設(shè)1套低品位補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。

方案一是將低壓蒸汽分別進(jìn)入2臺(tái)補(bǔ)燃鍋爐，產(chǎn)生中溫中壓(3.8 2MP a、4 5 0℃)或次高溫次高壓(5.3MP a、4 8 5℃)的蒸汽，再進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，該方案所選用汽輪發(fā)電機(jī)組的初參數(shù)是中溫中壓(3.4 3MPa、4 3 5℃)或次高溫次高壓(4.9MPa、470℃)，機(jī)組屬定型產(chǎn)品，有成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn);補(bǔ)燃鍋爐在冶金、建材、化工等行業(yè)均有運(yùn)用。但該方案要建2臺(tái)燃煤補(bǔ)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(jī)組，無(wú)論從安全運(yùn)行還是熱效率上來(lái)講，近年來(lái)均得到提高和發(fā)展，機(jī)組也逐步完善、成熟。目前國(guó)內(nèi)外已有多個(gè)系列的低品位熱能汽輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)品，并已有近70臺(tái)套投入運(yùn)行。經(jīng)調(diào)研，針對(duì)企業(yè)工藝生產(chǎn)的余熱所產(chǎn)的低壓蒸汽，在進(jìn)汽參數(shù)P=1.8M P a、t=2 2 0℃，進(jìn)汽量為4 6～5 8 t/h，補(bǔ)汽參數(shù)P=0.5MP a、t=15 8℃，補(bǔ)汽量為2 0～2 8 t/h時(shí)，發(fā)電量即為9 6 4 0～12 4 3 2 kW，就可以選用1套12 0 0 0kW低品位補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。該方案只需新建1低品位補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，用此方案。

4、方案實(shí)施和經(jīng)濟(jì)性分析

該余熱發(fā)電項(xiàng)目為建設(shè)1套B N 1 2—1.7/0.6型、額定功率9640～12000kW補(bǔ)汽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)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(guó)家資源綜合利用政策的要求。

該項(xiàng)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(jī)。余熱發(fā)電廠房包括汽輪發(fā)電機(jī)間、電氣及控制室間。汽輪機(jī)橫向布置，廠房共長(zhǎng)24m，廠房?jī)?nèi)安裝一臺(tái)雙梁橋式起重機(jī)，作汽輪發(fā)電機(jī)組檢修之用。汽輪發(fā)電機(jī)廠房運(yùn)轉(zhuǎn)層標(biāo)高為7m。電氣高壓開(kāi)關(guān)室設(shè)在發(fā)電廠房低層，熱工控制室設(shè)在廠房運(yùn)轉(zhuǎn)層機(jī)頭。廠用電采用3 8 0/2 2 0v動(dòng)力和照明共用的中性點(diǎn)直接接地的三相五線制接線方式。

按最大蒸汽進(jìn)汽量為8 6 t/h，年運(yùn)行74 2 5 h計(jì)，扣除廠用電量，每年可向公司提供電力6298萬(wàn)kWh，減少了公司外購(gòu)電量，有效降低生產(chǎn)成本，對(duì)公司提高經(jīng)濟(jì)效益有重大意義。

改造方案實(shí)施后，對(duì)比燃煤發(fā)電機(jī)組，按年發(fā)電量7157.7萬(wàn)kWh計(jì)算，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤7 9 0 0 0 t，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(duì)環(huán)境的影響，又使多余低品位蒸汽得到有效利用。通過(guò)跟蹤調(diào)查顯示，目前該機(jī)組實(shí)際年發(fā)電量達(dá)6000萬(wàn)kWh，無(wú)論從節(jié)能、資源綜合利用還是從環(huán)保角度，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益極為顯著。