張建權 王樑 余海宏

杭州中美華東制藥江東有限公司 浙江 杭州 311228

引言

為了提高熱能與動力工程的應用效率，實現(xiàn)節(jié)能降耗目標，在當代鍋爐電力系統(tǒng)運行控制工作中，自動化控制技術融合應用極為普遍。同時，電力企業(yè)會利用余熱鍋爐SCR 控制技術和有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術回收低溫余熱資源進行發(fā)電，從而有效降低了環(huán)境污染，提高了熱量利用率和發(fā)電效益。

1 鍋爐自動化裝置組合應用

鍋爐電力系統(tǒng)自動化裝置逐步包括同期自動化裝置、用電快速切換自動化裝置和故障錄波裝置。其中，同期裝置是要借助計算機實施監(jiān)控，結合發(fā)電器安全并網的標準要求，為每一單元的機組安裝一套微機型自動化同期裝置和手動化準同期裝置系統(tǒng)。用電快速切換自動化裝置主要是通過安裝微機型用電快速切換系統(tǒng)來確保機組安全停機，在正常運行和接入故障報警信號時均會接入DCS系統(tǒng)，同時，和DCS系統(tǒng)有通信接口相連。故障錄波裝置是通過安裝微機型故障錄波裝置設備來分析事故和原因，對異常運行的電流、電壓等模擬量數(shù)據(jù)實施錄波，并準確記錄鍋爐系統(tǒng)安全保護自動裝置運行情況。此外，要利用自動化技術改善鍋爐風機裝置，增強風機承載力，以此實現(xiàn)節(jié)能減排的目標，提升風機運行效率。風機屬于鍋爐設備系統(tǒng)的重要組成配件，在鍋爐運行發(fā)揮著重要作用，其工作原理是通過葉輪的旋轉來獲取風能，將機械能自動轉換為氣壓，使燃氣進入鍋爐內部并進行擴散，燃料因此得到完全燃燒。

2 發(fā)揮余熱鍋爐SCR 控制技術的作用

2.1 借助余熱鍋爐收集水和蒸汽

基于節(jié)能降耗理念下，提升熱能與動力工程應用效率，應發(fā)揮余熱鍋爐SCR 控制技術的作用，該技術是將還原劑噴入余熱鍋爐的煙道，使鍋爐余熱內的NOx轉變?yōu)榈獨夂退ｅ仩t機組結構控制技術有一系列標準流程，對于鍋爐余熱，會著重分析其成分和溫度，然后，將余熱收集到電廠機組內，同時，會對燃燒室進行燃燒調整，并改造燃燒器。然后，用壓氣機對空氣溫度和濕度進行處理，借助余熱鍋爐收集水和蒸汽。

2.2 促進鍋爐用電系統(tǒng)和自動化裝置技術的有機融合

促進鍋爐用電系統(tǒng)和自動化控制技術的有機融合，確保用電安全，理應結合實際需求優(yōu)化鍋爐用電系統(tǒng)配置方案。某火電廠采用了大型鍋爐發(fā)電機組，為了提升自動化控制水平，工作人員對計算機控制系統(tǒng)進行了升級，同時著重改善UPS接線與配置方案。另外，為了確保機組系統(tǒng)的自動化安全運轉，工作人員啟用了500kV的網絡監(jiān)控系統(tǒng)和繼電保護系統(tǒng)，由計算機來監(jiān)控和調整鍋爐機組智能設備運轉。

3 啟用低溫余熱進行有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術

3.1 啟用低溫余熱進行有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術的作用

某電力企業(yè)利用有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術回收低溫余熱資源進行發(fā)電有效降低了環(huán)境污染，提高了熱能利用率和發(fā)電效益。該企業(yè)平均每年的發(fā)電凈收益是69.8萬人民幣，回收軟化水的年平均收益高達819萬人民幣，從而有效提高了生產效益。與此同時，該企業(yè)平均每年的熱能耗節(jié)約是169354GJ，二氧化碳經過節(jié)能減排處理后的排放量大約是12.9kt。某電力企業(yè)利用有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術回收低溫余熱資源進行發(fā)電，使本企業(yè)能效得到了大幅度提高，打造了高品質節(jié)能型企業(yè)，順利落實了企業(yè)“節(jié)能降耗”計劃方案[1]。

3.2 余熱回收問題

據(jù)調查統(tǒng)計，在工業(yè)生產工作中，能源消耗量在全國能源用量中所占比例高達70%，顯然能耗偏高，很容易導致能源浪費與枯竭問題。出現(xiàn)該問題的原因是多方面的，主要原因包括國內工業(yè)生產結構趨于粗放型結構，工藝生產工藝技術相對落后，低溫余熱資源利用率低下、未能充分使用能源價值。在瀕臨能源枯竭危機的窘境面前，隨著低碳理念的踐行和循環(huán)經濟模式的應用，國民非常重視推進可持續(xù)性發(fā)展，積極配合國家政策，構建生態(tài)文明，落實可持續(xù)發(fā)展方案。在此背景下，各企業(yè)也非常重視收集低溫余熱，降低廢氣污染，消除工業(yè)噪音，減少廢水排放，嚴格落實節(jié)能減排政策。不可忽視的是，國內能源的利用率只有33%左右，有大量的能源在工業(yè)生產中轉化成了熱量，然后被排到了空氣中，造成了嚴重的大氣污染問題。

在21世紀，隨著工業(yè)生產技術的提高和工藝的改善以及工業(yè)生產結構的優(yōu)化，各企業(yè)通過回收中溫和高溫余熱進行循環(huán)使用的技術日臻成熟，然而，工業(yè)生產中還有大量的低溫余熱被排入空氣中，雖然不少企業(yè)也開始回收低溫余熱，回收利用技術卻相對落后。調查研究結果表明，在當代工業(yè)生產中，發(fā)電廠通常會將85℃和150℃的低品質廢熱直接排放和丟棄，像剩余的蒸汽、凝結水、加熱爐的煙氣、剩余的干氣、分餾塔側線等，通常被直接排放，導致大量的低溫余熱資源被浪費。運用這些低溫余熱資源促進工業(yè)生產是當代電力企業(yè)必須考慮的問題，對低溫余熱進行回收并合理循環(huán)使用方能降低能耗，落實節(jié)能減排理念，提高發(fā)電效益。

3.3 改善措施

近年來，國內電力企業(yè)為了提高低溫余熱回收利用效率，做了多方面的努力，從國外引進了各種技術與經驗，購置了更先進的設備，同時，將低溫余熱回收利用于本組織其他生產流程中，例如用低溫余熱回收發(fā)電，從而有效保持了供電穩(wěn)定性，節(jié)約了大量的能源，提高了本組織生產效益，降低了污染排放指數(shù)。從低溫余熱回收使用類型來看，當代電力企業(yè)通常會采用兩種回收利用方式：第一種，同級回收利用。第二種，升級回收利用。前者是直接會在間接回收利用低溫余熱來代替高位熱源或者中位熱源來滿足不同用戶相應的需求，這樣不僅可以避免使高位熱源和中位熱源產生的過大溫差，控制能量傳遞損失問題，與節(jié)能降耗理念相符。

其次，同級回收利用的用途可分為兩種，一種是對低溫物流進行加熱裝置，一種是對生活用水進行加熱。相比而言，同級回收利用在低溫余熱回收利用工作中頗具吸引力。升級回收利用的用途主要包括用低溫余熱進行發(fā)電、制冷和對海水實施淡化處理。電力企業(yè)會啟用有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術對在生產過程中所產生的低溫余熱進行回收利用，將這些低溫余熱轉換成電能，從而滿足電力資源生產與供應需求。用有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術回收利用低溫余熱不僅可以產生大量的經濟效益，而且能夠節(jié)省回收投資成本，降低能耗與污染。

3.4 有機朗肯循環(huán)技術應用流程

從技術應用流程來看，用有機朗肯循環(huán)技術（英文簡稱ORC技術）回收低溫余熱開展發(fā)電工作能夠充分吸收熱量，將85到150攝氏度的熱水、凝結水、加熱爐的煙氣、剩余的干氣、分餾塔側線進行回收利用，生產大量的電能。電力企業(yè)在日常生產工作中會產生大量的凝結水和低壓蒸汽，這些低溫余熱資源可分為3種[2]：第一種是凝結水，其溫度通常在110～115℃，壓力在0.25～0.35MPa之間，含量大約是140t/h。第二種是系統(tǒng)乏汽，溫度在120～125℃，其壓力在0.25～0.35MPa之間，含量大約是25t/h。第三種，每一年的夏天，電力企業(yè)會產生富余的溫度，大約在220～240℃，壓力在0.62～1.03MPa之間，屬于低壓蒸汽。如果將這些低壓蒸汽直接排放到空氣中，不僅浪費了大量的熱資源，而且嚴重污染空氣質量，不符合節(jié)能環(huán)保理念。對此，該企業(yè)嚴格執(zhí)行低溫余熱利用回收利用工作，謹遵節(jié)能降耗標準，同時，對低壓蒸汽放空量進行了準確統(tǒng)計。在2020年5月，某電力企業(yè)的低壓蒸汽日平均排放量是331t/d，6月的低壓蒸汽日平均排放量是375t/d，7月的低壓蒸汽日平均排放量是1246t/d，8月的低壓蒸汽日平均排放量是567t/d，9月的低壓蒸汽日平均排放量是300t/d。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出電力企業(yè)在嚴格降低能耗與污染系數(shù)，不斷提高低溫余熱發(fā)電利用率，創(chuàng)造了大量的收益，構建了節(jié)能環(huán)保型企業(yè)。

4 有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術基本原理

4.1 有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術應用原理

從基本原理來看，有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術（英文簡稱ORC）的原理是將沸點遠低于水的有機物質（像氯乙烷、丁烷和氟利昂等有機物）作為主要工質，在熱力設備中對這些有機工質實施持續(xù)性等壓加熱，使其絕熱膨脹，然后實施等壓放熱與絕熱壓縮，歷經這四步流程后，這些有機工質的熱能會不斷轉化成機械能，從而帶動發(fā)電機，不斷產生電能。在電力企業(yè)內部，發(fā)電裝置循環(huán)系統(tǒng)組合部件主要包括汽輪機、換熱器、給水泵和冷凝器。有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術（英文簡稱ORC）應用過程是先在換熱器內對機泵輸送的有機工質實施低溫余熱加熱處理，使其變成過熱蒸汽，然后，將過熱蒸汽投進汽輪機，使熱能能夠轉化成機械能，此時，過熱蒸汽就會釋放出熱能，使溫度和壓力均有所降低，變成乏汽，接著由冷凝器進行冷凝處理，轉變成液態(tài)，最后由機泵實施升壓處理，完成一個低溫余熱循環(huán)利用。有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術（英文簡稱ORC）所使用的有機工質常壓沸點通常遠低于水的常壓沸點（100℃），因此能夠在比較低的溫度下讓有機工質得以汽化，并將低溫余熱充當熱源用于發(fā)電。某電力企業(yè)回收低溫余熱資源的發(fā)電項目收集的有機工質通常以五氟丙烷（R245fa），為主，發(fā)電效率也最高。

4.2 低溫余熱資源發(fā)電工藝

從有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術回收低溫余熱資源發(fā)電工藝來看，大致可分為以下3種類型：第一，用凝結水余熱開展發(fā)電工作。有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術在運用凝結水余熱開展發(fā)電工作時通常要啟用透平機組，將凝結水低溫余熱作為熱源[3]。在發(fā)電過程中，透平機組能夠將凝結水的熱能轉化成電能，其工作流程是用在換熱器內，用凝結水對有機工質實施加熱處理，使液體轉變?yōu)闅怏w，從而完成升壓工作，并進入透平發(fā)電機內來做功，完成做功后，此時有機工質的氣體壓力會有所降低，溫度也會下降，接著進入蒸發(fā)式冷凝器的殼層中，經過冷卻介質的冷凝處理后形成液體，然后，這些液體會被工質泵送到換熱器中進行循環(huán)利用。換熱器里的工質泵會對有機工質的液位采取自動控制措施，從而使系統(tǒng)熱量能保持平衡。

第二，用乏汽余熱開展發(fā)電工作。有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術在運用乏汽余熱開展發(fā)電工作時，會啟用汽水分離器，這樣能夠將所產生的二次汽（混合汽熱源）轉化成電能。這種發(fā)電技術原理與凝結水相同，發(fā)電后會轉變成45℃。凝結水會被直接送到除油除鐵裝置中予以使用，在此過程中的乏汽量大約是25t/h，其溫度會從120到125攝氏度變成45攝氏度。

第三，用低壓蒸汽余熱開展發(fā)電工作。有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術在運用低壓蒸汽余熱開展發(fā)電工作時，會嚴格按照低壓蒸汽流量的差異性采取不同的余熱發(fā)電模式。如果低壓蒸汽的流量比較小，就會將其送入乏汽的ORC系統(tǒng)進行發(fā)電[4]。如果低壓蒸汽的流量比較大，就直接將其送入汽輪機內實施做功發(fā)電（這種發(fā)電方式屬于純凝式發(fā)電）。

和傳統(tǒng)火力發(fā)電技術相比，有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術更環(huán)保，效益更高。火力發(fā)電需要消耗大量的化石能源和天然氣，也會向空氣中排放大量的二氧化硫和二氧化碳等物質，嚴重污染空氣，很容易滋生霧霾天氣，給人類和動植物的生命健康造成嚴重傷害，加劇了酸雨天氣的發(fā)生，使金屬設備在很大程度上受到腐蝕。電力企業(yè)運用低溫余熱實施發(fā)電能夠大幅度降低化石能源和天然氣的燃燒量，減少了能耗與污染系數(shù)，符合節(jié)能降耗理念，同時，能夠獲取豐厚的經濟收益。

5 結束語

綜上所述，隨著節(jié)能降耗理念的踐行，各電力企業(yè)也非常重視提高熱能與動力工程應用效率，通過收集低溫余熱，降低廢氣污染，消除工業(yè)噪音，減少廢水排放，嚴格落實節(jié)能減排政策。電力企業(yè)會著重優(yōu)化鍋爐系統(tǒng)自動化組合結構，充分利用余熱鍋爐SCR 控制技術和有機朗肯循環(huán)技術回收低溫余熱開展發(fā)電工作，從而有效降低能耗與污染，獲取更高收益。