威海市某造紙企業(yè)摻燒造紙污泥熱電項(xiàng)目節(jié)能經(jīng)濟(jì)性分析

文/李華、張麗真　山東省環(huán)能設(shè)計(jì)院股份有限公司　山東濟(jì)南　250101

隨著煤、石油等不可再生資源的日益緊缺和環(huán)境壓力的日益增大，節(jié)能減排和廢物再利用越來越受到人們的重視。隨著造紙業(yè)的發(fā)展，污泥的處理是一個(gè)迫切需要解決的問題。焚燒污泥發(fā)電，日益受到重視，是最實(shí)用的污泥處理技術(shù)之一【1-4】。

1、工程實(shí)例

1.1　工程概述

在國(guó)家“節(jié)能減排”理念和“十三五”規(guī)劃的指導(dǎo)下，山東威海龍港市某造紙企業(yè)結(jié)合企業(yè)自身的具體情況，投資興建了配套的自備熱電廠，其主要熱用戶是工業(yè)用汽，所有生產(chǎn)用汽要求供熱連續(xù)可靠。該熱電聯(lián)產(chǎn)工程摻燒干污泥發(fā)電，將干污泥送入循環(huán)流化床鍋爐中燃燒，生產(chǎn)蒸汽，驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。利用汽輪機(jī)組的背壓排汽供熱，實(shí)現(xiàn)了熱電聯(lián)產(chǎn)。

1.2　工程負(fù)荷計(jì)算

1）熱負(fù)荷計(jì)算

工程熱負(fù)荷主要是生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷，生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷主要是造紙車間用汽。一天按24h計(jì)算；一年按356天計(jì)算。具體熱負(fù)荷如表1所示。

表1　生產(chǎn)工藝熱負(fù)荷表

2）電負(fù)荷計(jì)算

電負(fù)荷主要是生產(chǎn)用電和生活辦公用電兩部分。

1.3　工程設(shè)備選擇

循環(huán)流化床鍋爐燃料范圍選擇性廣，技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，尤其75t/h及其以下的主要鍋爐已經(jīng)得到普及[5]。因此，根據(jù)企業(yè)的特點(diǎn)及項(xiàng)目的性質(zhì)，為保證企業(yè)生產(chǎn)正常連續(xù)進(jìn)行，鍋爐與汽輪機(jī)都是一用一備配置。由熱電平衡、熱負(fù)荷性質(zhì)及其參數(shù)要求，結(jié)合目前國(guó)內(nèi)背壓機(jī)組生產(chǎn)情況，選用2xB3MW中溫中壓背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組（一用一備），與2x40t/h中溫中壓流化床鍋爐（一用一備）相匹配。所選主要設(shè)備性能參數(shù)如表2所示。

表2　主要設(shè)備性能參數(shù)表

2、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能性分析

2.1　燃料特性及消耗量

本工程以燃燒煤為主，摻燒造紙產(chǎn)生的干污泥，每天摻燒干污泥30t，干污泥占比為17.24%。煤的低位發(fā)熱量約為21000 kJ/kg，干污泥的低位發(fā)熱量范圍為5018kJ/kg。

熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)燃料的消耗量，可由下式描述，

式中

B——系統(tǒng)燃料消耗量，kg/h；

q——燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg；

q1——糠醛渣燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg；

q2——秸稈燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg；

計(jì)算得出，混合后燃料的低位發(fā)熱量按18245 kJ/kg,燃料原煤的消耗量約為6.0 t/h。而標(biāo)準(zhǔn)煤的低位發(fā)熱量為29307 kJ/kg，通過換算得出，系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)煤耗量約為4.3 t/h。

2.2　熱電聯(lián)產(chǎn)總熱效率

熱電聯(lián)產(chǎn)總熱效率為輸出電、熱兩種產(chǎn)品的總能量與輸入能量之比，是熱電廠綜合評(píng)價(jià)的總指標(biāo)之一。該工程熱電聯(lián)產(chǎn)年均總熱效率可通過下面兩式計(jì)算得出。

式中

Pa——系統(tǒng)全年供電量，（kW·h）/a；

Ba——系統(tǒng)全年燃料消耗量，kg/a；

P ——系統(tǒng)額定發(fā)電功率，kW；

H ——發(fā)電設(shè)備年利用小時(shí)數(shù)，h；

計(jì)算得出，系統(tǒng)年均總熱效率為81.07%。這主要是由以下幾方面引起的。首先，按照熱負(fù)荷需求進(jìn)行了機(jī)組選型，實(shí)現(xiàn)了各主要設(shè)備容量的關(guān)聯(lián)匹配，若供熱機(jī)組的容量選擇過大，聯(lián)產(chǎn)機(jī)組就會(huì)長(zhǎng)期處于低負(fù)荷運(yùn)行，效率將會(huì)降低；其次，熱負(fù)荷常年較穩(wěn)定，使整個(gè)機(jī)組常年在較高熱負(fù)荷下運(yùn)行。

3、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

據(jù)初步測(cè)算，該項(xiàng)目達(dá)產(chǎn)后年均消耗標(biāo)準(zhǔn)煤4.3萬噸，每年焚燒干污泥1.068萬噸，年生產(chǎn)電力2421.02萬kWh，年供應(yīng)電力1936.82萬kWh，年供應(yīng)熱力89.5萬GJ。該工程摻燒干污泥來代替部分燃煤，則其每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約1829t/a。若每噸標(biāo)準(zhǔn)煤運(yùn)到廠按700元/t 計(jì)算，每年可節(jié)約購(gòu)煤成本約128.03萬元，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

結(jié)論：

本文結(jié)合實(shí)際工程，對(duì)工程從標(biāo)準(zhǔn)煤耗量、年均總熱效率和成本節(jié)約三個(gè)方面對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)做了節(jié)能經(jīng)濟(jì)性分析，得出了摻燒干污泥發(fā)電的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能經(jīng)濟(jì)性。本文還分析了該工程節(jié)能的三個(gè)主要原因：熱負(fù)荷確定合理、盡量保證熱負(fù)荷較高且較穩(wěn)定、以摻燒造紙干污泥來節(jié)約一次能源。分析結(jié)果顯示：該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能性明顯優(yōu)于中小型純凝式機(jī)組的，實(shí)施聯(lián)產(chǎn)后全廠總熱效率達(dá)81.07%；系統(tǒng)年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量約1829 t/a，企業(yè)年生產(chǎn)成本大幅降低，每年節(jié)約成本約128.03萬元，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒道安，黃瑾，白海龍，等.污泥熱干化和燃燒特性試驗(yàn)研究[J].環(huán)境污染與防治，2012，34（4）:5-10.

[2]姬鵬，韓向新，姜秀民.干化污泥燃燒特性的研究[J].熱能動(dòng)力工程，2009，24（4），533-537.

[3]陳曉平，趙長(zhǎng)遂，蘭計(jì)香.造紙污泥流化床焚燒技術(shù)試驗(yàn)研究[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2000，6（1）：15-18.

[4]吳越，時(shí)劍，童紅.應(yīng)用循環(huán)流化床鍋爐摻燒城市污泥的技術(shù)研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2009，35（5）：35-37.

[5]鐘史明，劉龍海.大中型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組與背壓機(jī)組匹配抽凝機(jī)組選型方案的建議[J].熱電技術(shù)，2008，3