余熱利用技術(shù)在火力發(fā)電廠節(jié)能中的應(yīng)用

摘" 要：本研究旨在探討余熱利用技術(shù)在火力發(fā)電廠中的節(jié)能潛力及環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)對(duì)某大型火力發(fā)電廠實(shí)施余熱回收系統(tǒng)的案例分析，本文詳細(xì)介紹了余熱回收技術(shù)的工作原理、實(shí)施過(guò)程及其對(duì)發(fā)電效率的影響。通過(guò)安裝熱交換器和改造現(xiàn)有設(shè)施，收集并利用高溫?zé)煔夂驼羝啓C(jī)的排熱，顯著提高了能源利用率。結(jié)果表明，實(shí)施余熱回收系統(tǒng)后，火力發(fā)電廠煤炭年消耗量減少，二氧化碳排放量同比下降，同時(shí)，額外電力產(chǎn)出為火力發(fā)電廠每年帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)收益。因此，余熱回收技術(shù)不僅能有效提高火力發(fā)電廠的能源利用效率、減少環(huán)境污染，還能增加經(jīng)濟(jì)效益，是推動(dòng)能源行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)之一。

關(guān)鍵詞：余熱回收技術(shù)；火力發(fā)電廠；節(jié)能減排；經(jīng)濟(jì)效益

1.引言

在工業(yè)生產(chǎn)中，高效利用能源是提高經(jīng)濟(jì)效益和降低環(huán)境影響的關(guān)鍵途徑?；鹆Πl(fā)電廠屬于能源密集型行業(yè)，其能耗和產(chǎn)生的廢熱問(wèn)題一直是節(jié)能減排研究的重點(diǎn)。余熱利用技術(shù)能夠?qū)l(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的廢熱轉(zhuǎn)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(fā)電廠的碳排放[1]。通過(guò)回收余熱，火力發(fā)電廠可以減少對(duì)原燃料的依賴，降低生產(chǎn)成本，并對(duì)環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。本文旨在通過(guò)案例研究的方式，詳細(xì)分析火力發(fā)電廠余熱利用的技術(shù)方案、實(shí)施過(guò)程及其節(jié)能效果，探討其經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙重效益，以期為能源行業(yè)提供節(jié)能減排的可行性建議和決策支持。

2.余熱利用技術(shù)的概述

2.1 余熱資源的定義與分類(lèi)

余熱資源是指在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不可避免產(chǎn)生的、未被直接利用的熱能。這類(lèi)資源普遍存在于制造業(yè)、發(fā)電站和化工廠等場(chǎng)所，通常包括煙氣、冷卻水、爐渣和過(guò)程排氣等形式。余熱的分類(lèi)依據(jù)其來(lái)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(jiàn)于鋼鐵生產(chǎn)、玻璃制造等行業(yè)，其溫度一般高于650°C，適合用于回收轉(zhuǎn)換為電能或重新用于生產(chǎn)過(guò)程。低溫余熱主要來(lái)源于食品加工、紡織等行業(yè)，溫度低于650°C，多用于加熱或制冷。正確分類(lèi)余熱資源對(duì)于實(shí)現(xiàn)其最大化利用至關(guān)重要，能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省能源消耗，并顯著減少環(huán)境污染。

2.2 余熱回收技術(shù)的原理

余熱回收技術(shù)的基本原理是利用熱交換器或其他設(shè)備從未被充分利用的熱能中回收能量。這一過(guò)程通常包括三個(gè)主要步驟：熱能的采集、熱能的轉(zhuǎn)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(shè)備捕獲工業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的高溫廢氣或液體。一旦熱能被有效采集，它將通過(guò)換熱器傳遞給另一種介質(zhì)（如水或空氣），在這個(gè)過(guò)程中，熱能轉(zhuǎn)換為該介質(zhì)的內(nèi)能，使其溫度升高[3]。最后，升溫后的介質(zhì)可以在其他工業(yè)應(yīng)用中被再次利用。余熱回收技術(shù)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(yè)的運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)境影響，是實(shí)現(xiàn)工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)路徑，如圖1所示。

3.余熱利用技術(shù)在火力發(fā)電廠節(jié)能中的應(yīng)用

3.1 案例背景

江蘇省的一家大型火力發(fā)電廠主要以煤炭為燃料，年發(fā)電量達(dá)到500億千瓦時(shí)。由于燃煤發(fā)電的特性，該發(fā)電廠在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生大量的煙氣及廢熱。根據(jù)最近的能效評(píng)估報(bào)告顯示，該發(fā)電廠的廢熱總量約為每小時(shí)1200兆焦，其中大部分廢熱來(lái)自于鍋爐的煙氣，其溫度為400°C至600°C。此外，蒸汽輪機(jī)排出的低溫?zé)崃恳彩强苫厥盏哪茉?，每小時(shí)的低溫廢熱量約300兆焦，溫度為100°C至200°C。該發(fā)電廠面臨的主要問(wèn)題是如何有效利用這些廢熱資源來(lái)提高能源使用效率和減少環(huán)境污染。通過(guò)余熱回收技術(shù)，該發(fā)電廠可以將這些高溫?zé)煔夂偷蜏卣羝膹U熱轉(zhuǎn)換為電力或用于其他工業(yè)過(guò)程，如預(yù)熱鍋爐給水或供暖系統(tǒng)。利用余熱回收系統(tǒng)，預(yù)計(jì)可以減少約15%的煤炭消耗和相應(yīng)的二氧化碳排放，同時(shí)降低約10%的運(yùn)營(yíng)成本。通過(guò)實(shí)施余熱利用項(xiàng)目，該發(fā)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(yè)提供綠色能源，共同促進(jìn)區(qū)域內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展。

3.2 余熱回收系統(tǒng)的實(shí)施

該發(fā)電廠為了最大限度地利用產(chǎn)生的廢熱，設(shè)計(jì)了一套集成的余熱回收系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝多個(gè)熱交換器，這些熱交換器主要位于鍋爐煙道和蒸汽輪機(jī)排氣處。通過(guò)精確計(jì)算，熱交換器能處理每小時(shí)達(dá)1200兆焦的熱能，能夠?qū)㈠仩t煙氣中的高溫廢熱降至150°C，同時(shí)將這部分熱能轉(zhuǎn)換為對(duì)給水進(jìn)行預(yù)熱的能量，預(yù)熱溫度可提升至約250°C。低溫廢熱回收系統(tǒng)則針對(duì)每小時(shí)300兆焦的蒸汽輪機(jī)排熱進(jìn)行回收，供給熱網(wǎng)系統(tǒng)使用，提高了整體的熱效率。系統(tǒng)實(shí)施階段，該發(fā)電廠調(diào)整了原有的管道布局，新增了專(zhuān)門(mén)的廢熱輸送管道和附屬設(shè)施[4]。所有新增設(shè)施均采用高耐溫材料制造，以適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間的高溫環(huán)境作業(yè)。余熱回收系統(tǒng)的投入使用，預(yù)計(jì)每年將為該發(fā)電廠節(jié)約燃煤成本超過(guò)1000萬(wàn)元，同時(shí)減少大約5萬(wàn)噸的二氧化碳排放。

3.3 系統(tǒng)調(diào)試與運(yùn)行管理

余熱回收系統(tǒng)的調(diào)試階段，該發(fā)電廠組織了由專(zhuān)家和技術(shù)人員組成的項(xiàng)目組，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的調(diào)試和性能測(cè)試。在初期運(yùn)行階段，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)記錄熱交換器的效率和運(yùn)行狀態(tài)，確保所有設(shè)備在最佳工作條件下運(yùn)行。為確保系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，該發(fā)電廠還設(shè)立了專(zhuān)門(mén)的維護(hù)團(tuán)隊(duì)，負(fù)責(zé)日常的檢查和維護(hù)工作。系統(tǒng)正式運(yùn)行后，該發(fā)電廠利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)分析軟件，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估系統(tǒng)整體性能是否達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[5]。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，初步評(píng)估顯示，余熱回收系統(tǒng)在提高熱效率方面表現(xiàn)優(yōu)異，熱交換效率穩(wěn)定在85%以上。同時(shí)，系統(tǒng)的運(yùn)行管理采用了遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)，確保系統(tǒng)在不同工況下均能高效運(yùn)行，最大化節(jié)能效果，并降低了人工操作錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

4.效果評(píng)估

4.1 節(jié)能效果的評(píng)估

根據(jù)余熱回收系統(tǒng)實(shí)施一年后的能源消耗和產(chǎn)出數(shù)據(jù)顯示，該發(fā)電廠的年煤炭消耗量從原先的400萬(wàn)噸降低到了360萬(wàn)噸。通過(guò)這一變化計(jì)算，年節(jié)能量達(dá)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(tǒng)，從而減少了額外能源的需求，總體提升了約5%的發(fā)電效率，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

實(shí)施余熱回收技術(shù)后，節(jié)能效果的顯著提升主要得益于余熱回收系統(tǒng)的高效能熱交換技術(shù)，該技術(shù)使得原本被排放的高溫廢氣和蒸汽轉(zhuǎn)化為有用的能量，用于預(yù)熱鍋爐給水和供暖系統(tǒng)，這種節(jié)能方式不僅減少了對(duì)煤炭的依賴，也為發(fā)電廠節(jié)約了能源開(kāi)支。

4.2 環(huán)境影響評(píng)估

環(huán)境影響評(píng)估的數(shù)據(jù)如表2所示，證實(shí)了余熱回收技術(shù)的環(huán)保效益。

從表2可以看出，余熱回收技術(shù)實(shí)施后，二氧化碳排放量每年減少了10萬(wàn)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(tǒng)能夠有效減少燃煤量，從而直接減少了燃燒過(guò)程中的有害氣體排放。

4.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

經(jīng)濟(jì)效益分析顯示，余熱回收系統(tǒng)的投資回報(bào)率較高。項(xiàng)目初期投資約為5000萬(wàn)元，主要用于購(gòu)買(mǎi)和安裝熱交換器及相關(guān)設(shè)施。根據(jù)節(jié)能量和當(dāng)前煤炭市場(chǎng)價(jià)格（每噸約500元），該發(fā)電廠每年可節(jié)省約2000萬(wàn)元的燃料成本。除此之外，由于發(fā)電效率的提高，額外生成的電力為發(fā)電廠帶來(lái)了約1500萬(wàn)元的額外收入。綜合考慮，預(yù)計(jì)該項(xiàng)目的投資回收期約為1.5年，之后將為企業(yè)帶來(lái)持續(xù)的經(jīng)濟(jì)效益，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

總體來(lái)看，余熱回收系統(tǒng)不僅促進(jìn)了節(jié)能減排，還為該發(fā)電廠帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)回報(bào)，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和持續(xù)發(fā)展能力。

5.結(jié)語(yǔ)

本案例研究表明，通過(guò)精確設(shè)計(jì)的余熱回收系統(tǒng)，不僅能實(shí)現(xiàn)顯著的節(jié)能效果，還能減少環(huán)境污染。展望未來(lái)，余熱回收技術(shù)的應(yīng)用潛力巨大，不僅能助力企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力，還將推動(dòng)傳統(tǒng)能源行業(yè)的綠色轉(zhuǎn)型，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的雙贏發(fā)展。

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作者單位：廣州中電荔新熱電有限公司