淺析余熱發(fā)電的類型及其應(yīng)用

張勝利

【摘 要】充分利用好廢棄的余熱資源是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一個(gè)重要的途徑和方法。介紹了余熱發(fā)電的概念及意義，提出了余熱發(fā)電的類型及其應(yīng)用，主要包括：低溫余熱發(fā)電，高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電，廢氣、廢液余熱發(fā)電，多余壓差發(fā)電等。

【關(guān)鍵詞】余熱發(fā)電；類型；應(yīng)用

能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，在工業(yè)飛速發(fā)展、全球范圍內(nèi)能耗升高、能源短缺以及溫室效應(yīng)加劇的背景下，發(fā)展低碳環(huán)保、環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)成為了必然的選擇。節(jié)能減排、開發(fā)利用節(jié)能新技術(shù)被喻為繼煤炭、石油、天然氣和水電之后的“第五種常規(guī)能源”，這既是減輕溫室效應(yīng)、降低熱污染、保護(hù)環(huán)境的長(zhǎng)遠(yuǎn)需要，也是緩解能源供應(yīng)緊張、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求，最終達(dá)到資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)正處于持續(xù)高速發(fā)展時(shí)期，能源短缺問題已直接影響著各行各業(yè)的生產(chǎn)，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、節(jié)約型經(jīng)濟(jì)成為了當(dāng)務(wù)之急的事情。近年來，新興的余熱發(fā)電技術(shù)以其高新環(huán)保、吻合國(guó)家節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策的要求等特性，應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，市場(chǎng)需求潛力巨大?，F(xiàn)將余熱發(fā)電的概念、意義及其在各個(gè)工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用介紹如下，以供參考借鑒。

一、余熱的特點(diǎn)

余熱資源屬于二次能源，是一次能源或可燃物料轉(zhuǎn)換后的產(chǎn)物，或是燃料燃燒過程中所發(fā)出的熱量在完成某一工藝過程后所過剩的熱量，但是這些看似低品位的能量仍有被利用的可能和價(jià)值。按照溫度高低分類，工業(yè)余熱一般分為600℃以上的高溫余熱，230℃～600℃的中溫余熱和230℃以下的低溫余熱3種；按照來源，工業(yè)余熱又可被分為：煙氣余熱，冷卻介質(zhì)余熱，廢汽廢水余熱，化學(xué)反應(yīng)熱，高溫產(chǎn)品和爐渣余熱，以及可燃廢氣、廢料余熱。

余熱資源來源廣泛、溫度范圍廣、存在形式多樣，余熱的回收量與工藝生產(chǎn)過程、環(huán)境條件的變化密切相關(guān)，余熱的回收利用受施工環(huán)境的限制，對(duì)余熱回收設(shè)備要求較高。工業(yè)余熱資源的利用對(duì)設(shè)備有如下要求：具有較寬且穩(wěn)定的運(yùn)行范圍；能適用多變的生產(chǎn)工藝的要求；設(shè)備部件可靠性高，布局合理；能夠綜合利用能量，以提高余熱利用率。

二、余熱發(fā)電的概念及意義概述

當(dāng)前在工業(yè)生產(chǎn)中至少有一半的熱量以各種形式的余熱被直接排放到大氣中，這些排出、不加利用的熱量不僅增加了企業(yè)的生產(chǎn)成本，而且會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，不利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的良性發(fā)展。為此，國(guó)務(wù)院《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》明確提出，“到2015年，全國(guó)萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降到0.869噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比2010年的1.034噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降16%，比2005年的1.276噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降32%；“十二五”期間，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源6.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。在減排方面，提出2015年，全國(guó)化學(xué)需氧量和二氧化硫排放總量分別控制在2347.6萬(wàn)噸、2086.4萬(wàn)噸，比2010年的2551.7萬(wàn)噸、2267.8萬(wàn)噸分別下降8%；全國(guó)氨氮和氮氧化物排放總量分別控制在238.0萬(wàn)噸、2046.2萬(wàn)噸，比2010年的264.4萬(wàn)噸、2273.6萬(wàn)噸分別下降10%。”

所謂余熱是指燃料燃燒過程中所發(fā)出的熱量在完成一定的工藝流程后所剩下的熱量，余熱發(fā)電就是指利用這些余熱通過一定的裝置轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。余熱發(fā)電利用效率較高、經(jīng)濟(jì)效益高、管理簡(jiǎn)單，不僅將余熱轉(zhuǎn)化為電能，降低了能源消耗，提高生產(chǎn)過程中的能源利用效率，又有效地減少了二氧化碳等溫室氣體及有害氣體的排放，減輕對(duì)環(huán)境的污染，是企業(yè)節(jié)約能源、資源、降低成本極為有效的途徑。實(shí)踐證明，充分利用好廢棄的余熱資源是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一個(gè)重要的途徑和方法，目前我國(guó)余熱發(fā)電技術(shù)及設(shè)備已經(jīng)初具規(guī)模，在水泥、鋼鐵、冶金、、石油化工、玻璃、制糖等行業(yè)取得了成功的應(yīng)用，是典型的節(jié)能環(huán)保和循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目。

三、余熱發(fā)電的技術(shù)特點(diǎn)

余熱發(fā)電是利用燃料燃燒過程中多余的熱能轉(zhuǎn)換為電能的技術(shù)。余熱發(fā)電不僅節(jié)能，同時(shí)有利于環(huán)境保護(hù)。余熱發(fā)電具備如下特點(diǎn)：（1）以熱定電。由于整個(gè)系統(tǒng)熱負(fù)荷是不穩(wěn)定的，例如：有的生產(chǎn)是周期性的，有的高溫產(chǎn)品和爐渣的排放是間斷性，有的工藝生產(chǎn)雖然連續(xù)穩(wěn)定，但熱源提供的熱量也會(huì)隨著生產(chǎn)的波動(dòng)而波動(dòng)，因此余熱發(fā)電需根據(jù)生產(chǎn)用熱的余壓量或生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱量來決定發(fā)電量。（2）熱源含塵量大。含塵數(shù)量大超過一般的鍋爐，容易粘結(jié)、積灰，從而對(duì)余熱鍋爐產(chǎn)生嚴(yán)重磨損和堵塞。余熱鍋爐入口前需進(jìn)行除塵處理。（3）熱源有腐蝕性。余熱煙氣中常常含有SO2等腐蝕性氣體，在煙塵或爐渣中含有各種金屬和非金屬元素，這些物質(zhì)都有可能對(duì)余熱鍋爐的爐膛及受熱面產(chǎn)生高溫腐蝕或低溫腐蝕。（4）安裝場(chǎng)地受限。由于受整個(gè)工廠系統(tǒng)等的限制，在設(shè)計(jì)安裝余熱發(fā)電系統(tǒng)時(shí)需統(tǒng)籌規(guī)劃。

四、余熱發(fā)電的類型及其應(yīng)用

1 低溫余熱發(fā)電

低溫余熱是指200℃以下的工藝生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的余熱氣、冷凝水、熱水，300℃以下的氣體以以及400～450℃以下的鍋爐、工業(yè)加熱爐的排煙氣等熱量，低溫余熱發(fā)電就是指通這些低品位的低溫余熱進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)，其方法主要低品位熱能汽輪機(jī)、全流透平、有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)透平、螺桿膨脹機(jī)等。低溫余熱發(fā)電不僅可以回收大量二氧化碳、一氧化碳等有毒有害氣體，降低溫室效應(yīng)，而且大幅度減少了生產(chǎn)企業(yè)的用電量，有效地提高了能源的利用效率。利用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)是水泥、鋼鐵、冶金、石化等行業(yè)節(jié)能降耗的有效途徑，在這些行業(yè)的應(yīng)用十分成功。

素有“高能耗產(chǎn)業(yè)”的水泥制造業(yè)一直是能源消耗大戶之一，能源消耗占產(chǎn)品成本的比重較高，不僅每年要消耗大量的煤炭能源，而且還要消耗大量的電力能源。在很多水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線中大量的低溫余熱未被有效的利用，造成了能源的浪費(fèi)。近年來在水泥制造業(yè)推廣應(yīng)用的新型干法水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)有效地實(shí)現(xiàn)了水泥工業(yè)的節(jié)能減排，降低了二氧化碳的排放量。據(jù)了解，截至2009年底，全國(guó)共有新型干法水泥生產(chǎn)線約1 086條，“十二五”前三年預(yù)計(jì)每年投運(yùn)200條生產(chǎn)線余熱電站。新型干法水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術(shù)的設(shè)備通常是由一臺(tái)窯頭余熱鍋爐、一臺(tái)窯尾余熱鍋爐和一臺(tái)純凝式汽輪發(fā)電機(jī)組以及輔助系統(tǒng)構(gòu)成。中國(guó)石油蘭州石化分公司應(yīng)用純低溫余熱發(fā)電技術(shù)每年可回收并外供低溫?zé)岢^1.5×104kcal/h，每年可節(jié)約費(fèi)用超過700萬(wàn)元，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)超過400萬(wàn)元。此外，低溫余熱發(fā)電技術(shù)在我國(guó)鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用也十分成功，目前已有多家鋼鐵廠采用了此項(xiàng)技術(shù)。

2 高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電

高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電是指利用冶金、化工、建材等企業(yè)生產(chǎn)高溫作業(yè)中產(chǎn)生大量中等品位的高溫?zé)煔庥酂釣闊嵩催M(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。上述企業(yè)煙氣的排放量巨大，且煙氣中含塵量大，不僅浪費(fèi)了能源，而且嚴(yán)重污染了環(huán)境。高溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電不僅可以回收煙塵，減少對(duì)大氣環(huán)境的污染，而且可以節(jié)約能源、降低產(chǎn)品工藝能耗。余熱回收的設(shè)備一般由余熱鍋爐、空氣換熱器、余熱電站及附屬設(shè)備等組成。例如，銅冶煉廠對(duì)銅精煉陽(yáng)極爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔庥酂徇M(jìn)行回收利用，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤達(dá)6000t以上，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

3 廢氣、廢液余熱發(fā)電

廢氣、廢液余熱發(fā)電是指利用企業(yè)生產(chǎn)高溫作業(yè)中產(chǎn)生的廢氣（二氧化硫、甲烷等）、廢液余熱為熱源進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。當(dāng)前鋼鐵行業(yè)的燒結(jié)工序中有50%左右的熱能被廢氣帶走，廢氣帶走的熱能占燒結(jié)總能耗的五分之一以上。鋼鐵行業(yè)應(yīng)用燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)，有效地降低了燒結(jié)工序的能耗，為企業(yè)節(jié)約降本。燒結(jié)余熱發(fā)電技術(shù)的設(shè)備一般由廢氣回收輸送系統(tǒng)、廢氣鍋爐、凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)、DCS集散控制系統(tǒng)及輔助設(shè)備等組成。2010年我國(guó)鋼鐵行業(yè)應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)節(jié)約了超過40萬(wàn)t的標(biāo)準(zhǔn)煤，2011年預(yù)計(jì)可完成節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)煤56萬(wàn)t。煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用廢氣余熱發(fā)電技術(shù)將甲烷氣體進(jìn)行發(fā)電，改變了以往抽排甲烷利用率低的狀況，降低了企業(yè)的生產(chǎn)能耗，其工作原理是通過甲烷燃燒產(chǎn)生大量的熱量壓縮活塞，驅(qū)動(dòng)渦輪做功，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。

4 多余壓差發(fā)電

多余壓差發(fā)電是指利用企業(yè)生產(chǎn)的多余壓差轉(zhuǎn)化為機(jī)械能后進(jìn)行發(fā)電的技術(shù)。首鋼一、三高爐應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，利用高爐在冶煉過程中產(chǎn)生的大量具有一定壓力的煤氣，通過煤氣透平機(jī)組將煤氣的壓力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能后發(fā)電，具有見效快、效益高、降低生產(chǎn)成本的作用。廣東韶鋼應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)發(fā)電，年效益達(dá)5000萬(wàn)元以上，效益十分顯著。

五、結(jié)語(yǔ)

總之，從我國(guó)余熱發(fā)電技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況可以看出，余熱發(fā)電技術(shù)不僅可以節(jié)約能源，而且能夠帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于保護(hù)環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展道路具有重要的意義。

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（作者單位：山東晨陽(yáng)新型碳材料股份有限公司）