利用球團(tuán)煙氣余熱發(fā)電的可行性

于文華　趙立榮

由于當(dāng)前我國(guó)能源利用率低、生態(tài)環(huán)境壓力大，文章通過(guò)介紹余熱回收利用現(xiàn)狀，針對(duì)國(guó)內(nèi)球團(tuán)廠的排廢煙氣，闡述了利用廢棄余熱發(fā)電的方案以及取得的經(jīng)濟(jì)效益，探討利用球團(tuán)煙氣余熱發(fā)電的可行性。

項(xiàng)目背景及意義

余熱利用現(xiàn)狀及國(guó)家節(jié)能政策。當(dāng)前我國(guó)能源利用仍存在利用效率低、經(jīng)濟(jì)效益差、生態(tài)環(huán)境壓力大的主要問(wèn)題，節(jié)能減排、降低能耗、提高能源綜合利用率作為發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃的重要內(nèi)容，是解決我國(guó)能源問(wèn)題的重要途徑。

目前我國(guó)能源利用率僅為33%左右，比發(fā)達(dá)國(guó)家低10%，至少50%的工業(yè)耗能以各種形式的余熱被直接廢棄，因此，工業(yè)余熱回收利用又被稱為一種“新能源”，節(jié)能潛力巨大，已成為我國(guó)節(jié)能減排工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

國(guó)家發(fā)改委在“十二五”規(guī)劃中要求：到2015年能源消耗的強(qiáng)度比2010年要下降16%，溫室氣體的排放強(qiáng)度要下降17%，主要污染物的排放總量要下降8～10%。要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，其具體措施包括調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、淘汰落后產(chǎn)能、限制“兩高”行業(yè)的發(fā)展，大力發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)、大力發(fā)展服務(wù)業(yè)。要積極推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，特別是節(jié)能減排的技術(shù)，節(jié)能減排的產(chǎn)品，實(shí)施節(jié)能減排重點(diǎn)工程，推進(jìn)企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造。

只有政府、企業(yè)、社會(huì)、群體的共同努力，全面落實(shí)國(guó)家節(jié)能減排的目標(biāo)和措施，才能實(shí)現(xiàn)匕述目標(biāo)。

余熱現(xiàn)狀

現(xiàn)有熱源參數(shù)如下：

中低溫?zé)煔庵苯优湃氪髿?，造成熱量浪費(fèi)，隨著國(guó)家節(jié)能、減排政策的推進(jìn)，挖掘企業(yè)潛力，降低生產(chǎn)成本勢(shì)在必行，利用高溫?zé)煔獍l(fā)電可以廢氣再利用，是節(jié)能、減排措施之一。

煙氣余熱利用可行性分析

200℃的煙氣，可以采用ORC（有機(jī)朗肯循環(huán)）余熱發(fā)電技術(shù)進(jìn)行發(fā)電，根據(jù)熱力學(xué)的有機(jī)朗肯循環(huán)原理，利用低品位余熱發(fā)電，具有機(jī)械損耗低，熱能利用率高、易啟動(dòng)，日常維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足需求。

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，可年發(fā)電476.784×10Kwh，年節(jié)約標(biāo)煤1668噸。

煙氣余熱發(fā)電項(xiàng)目方案

ORC（有機(jī)朗肯循環(huán)）余熱發(fā)電技術(shù)簡(jiǎn)介。煙氣余熱發(fā)電屬于低品位余熱利用技術(shù)，傳統(tǒng)的以高溫、高壓水蒸汽做為驅(qū)動(dòng)力的汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組不再適用，采用ORC（有機(jī)朗肯循環(huán)）系統(tǒng)，利用有機(jī)工質(zhì)在低溫下蒸發(fā)的特性，采用有機(jī)工質(zhì)做為循環(huán)工質(zhì)，有機(jī)工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱蒸發(fā)，產(chǎn)生一定的壓力，驅(qū)動(dòng)螺桿膨脹機(jī)發(fā)電。ORC（有機(jī)朗肯循環(huán)）余熱發(fā)電原理圖如下：

本工程中采用煙氣集熱器分別將煙氣溫度由200℃降溫至160℃，收集到的熱量可以將63.7t/h的熱水從70℃升溫至159℃，作為ORC螺桿膨脹發(fā)電的熱源。

159℃的熱水進(jìn)入ORC機(jī)組的蒸發(fā)器，使低溫液體有機(jī)工質(zhì)吸熱轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)工質(zhì)蒸汽，工質(zhì)蒸氣進(jìn)入螺桿膨脹機(jī)膨脹，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電；從蒸發(fā)器排出的熱水再進(jìn)入預(yù)熱器加熱即將進(jìn)入蒸發(fā)器的液體工質(zhì)；從預(yù)熱器排出的70℃熱水進(jìn)入煙氣集熱器吸收煙氣熱量后再升溫至159℃循環(huán)使用；而膨脹發(fā)電后的工質(zhì)蒸氣則進(jìn)入蒸發(fā)式冷凝器冷凝為液體，再進(jìn)入預(yù)熱器循環(huán)使用。當(dāng)螺桿機(jī)需檢修或緊急停機(jī)時(shí)，螺桿機(jī)快關(guān)閥立即關(guān)閉，集熱器進(jìn)水閥門切斷，循環(huán)水儲(chǔ)存在儲(chǔ)罐中，不影響前續(xù)工藝正常生產(chǎn)。

項(xiàng)目目標(biāo)?？傃b機(jī)容量為：950 kw；凈發(fā)電量為：602 kW。

方案配置

（1）ORC螺桿膨脹發(fā)電站KE950-110W-1-50一套。

a）主發(fā)電機(jī)的裝機(jī)功率：950 kW；

b）蒸發(fā)式凝汽器耗水量：10.0t/h；

c）凈發(fā)電功率：620kW（除去自身、蒸發(fā)冷、工質(zhì)泵、油泵等耗功）

（2）熱水泵2臺(tái)。熱水泵2臺(tái)流量：80噸/小時(shí)，揚(yáng)程：30m，額定功率：15kW，變頻控制

（3）補(bǔ)水泵2臺(tái)。補(bǔ)水泵2臺(tái)流量：8噸/小時(shí)，揚(yáng)程：67m，額定功率：3kW

滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，凈發(fā)電總量：620-15-3=602kW。

設(shè)備布置

螺桿膨脹發(fā)電站單臺(tái)機(jī)組尺寸：一臺(tái)KE950-110W-1-50長(zhǎng)（m）×寬（m）×高（m）11*9*11，單臺(tái)運(yùn)行重量140噸；以上要求設(shè)備四周有1m以上的空間，安裝位置要求室內(nèi)（也可在室外加蓋簡(jiǎn)易房），以靠近接入用戶低壓柜、冷卻水源為最佳。

發(fā)電機(jī)組布置位置

實(shí)際安裝位置現(xiàn)場(chǎng)踏勘后確定，達(dá)到合理、美觀、實(shí)用的效果。

方案實(shí)施條件

場(chǎng)地要求。本工程為余熱發(fā)電工程，在場(chǎng)地建設(shè)上有一定的局限性，考慮以充分利用高度空間，采用集中布置方式。機(jī)組為集成模塊式結(jié)構(gòu)，直接配置防雨設(shè)施；在發(fā)電站設(shè)備上裝有控制臺(tái)，開關(guān)柜需要設(shè)置在廠房?jī)?nèi)的電控室中；動(dòng)力風(fēng)機(jī)、水泵需要廠方提供連接。

電源要求：交流電源AC380V，3相，50HZ。

水源要求：煙氣集熱器循環(huán)水為一次性注入，循環(huán)使用，要求水質(zhì)為去離子水，不含雜質(zhì)。蒸發(fā)式冷凝器用水要求達(dá)到工業(yè)循環(huán)水標(biāo)準(zhǔn)即可。

經(jīng)濟(jì)效益分析

效益計(jì)算依據(jù)

年最大負(fù)荷利用小時(shí)：7920小時(shí)

電價(jià)：0.6元/度

水價(jià)：1.1元/噸

效益分析

說(shuō)明：節(jié)約標(biāo)煤指標(biāo)0.35kg/kWh，減少CO2排放指標(biāo)0.8316kg/kWh。

年獲節(jié)能補(bǔ)助。年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1668噸×500元/噸=83.40萬(wàn)元（各地政府節(jié)能補(bǔ)助情況不同，按當(dāng)?shù)卣a(bǔ)助計(jì)算）。

工程造價(jià)（估價(jià)）

結(jié)論。根據(jù)以上分析，煙氣利用ORC技術(shù)低溫余熱發(fā)電具有可行性；每年可為企業(yè)創(chuàng)造277.898萬(wàn)元經(jīng)濟(jì)效益，減少C02排放3965噸。

（作者單位：首鋼通鋼集團(tuán)板石礦業(yè)公司）endprint