余热发电在大型化工厂中的应用

杨锴

摘 要：余热发电技术如今已经大量成熟运用于各种工厂，对我国环保事业的发展具有重要的战略意义。本文介绍了低品位余热发电在化工行业的应用，结合工程实例介绍了余热发电在大型化工厂中的具体设计，重点介绍了工艺流程、电气方案，分析了余热发电节能环保优势，低温余热发电的发展趋势。

关键词：余热发电 化工厂 螺杆膨胀发电站

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（c）-0055-02

余热是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。余热发电就是利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术。余热发电不仅节能，还有利于环境保护。在钢铁、石油化工、建材、水泥、制糖等行业中，具有大量低品位余热（一般低于500℃），包括低品位烟气、蒸汽和热水等。目前，已经投入运营或立项研究的余热发电技术主要包括如下行业：水泥行业窑炉余热发电技术、焦化行业焦炉尾气余热回收发电技术、钢铁行业烧结余热发电技术及干熄焦余热发电技术、建材行业浮法玻璃线余热发电技术、石化行业余热发电技术等[1]。

1 余热发电项目实例

本文以神华宁煤煤制油项目为例，神华宁煤煤制油项目全厂水系统有较高温度的工艺凝液需要冷却到较低温度，目前的工艺方案是使用冷却塔给工艺凝液降温，该方案造成了大量的热能浪费，并且冷却塔的运行需要耗费额外的电能，因此，笔者所在的设计院设计了一套余热发电系统以减少能源的浪费，达到节能减排的目的。

经过技术指标和经济指标综合比对，设计院选择ORC螺杆膨胀发电站作为余热发电主要发电设备。ORC螺杆膨胀发电站是集成了蒸发器、冷凝器、有机泵、膨胀机、发电机的成套设备，其发电原理如图1所示。使用时只需将较高温度的工艺凝液送至ORC螺杆膨胀发电站冷却降温，得到较低温度的工艺凝液，同时输出电能，不会对原生产工艺产生影响。

余热发电系统进线采用10kV电源，电源引自上级两段10kV母线的其中一段。在发电系统内部设一台10/0.4kV变压器，供发电系统内部用电负荷使用，进线电缆接至变压器进线端。发电机为0.4kV发电机，发出电源通过电缆接至发电系统内部低压母线段。发电系统启动时，使用市电启动。发电机启动后，发出电供发电系统内部用电负荷使用，同时在发电系统内部QF01和QF02处完成并网，并网后把剩余电量通过变压器升压至10kV，通过10kV进线电缆输送至上级10kV母线，供10kV母线上所带负荷使用。在上级10kV进线端设逆功率保护器，与发电机出线断路器连通，防止发出电源倒送电。两台逆功率器独立成柜，放置在上级35kV变电所内。余热发电系统单线图见图2。

2 环保效益分析

余热发电具有巨大的环保效益和经济效益。余热发电环保效益分析一般通过计算发电用煤减少量对应的污染物削减量来评价。这是由于我国的能源结构以煤为主，节能产生的环境效益和煤炭消耗减少量直接相关，因此相应的污染物年减排量计算关系式为：

（1）

式（1）中，Mc为污染物年减排量，万t；K为污染物排放定额，见表1；E为余热发电量，kW；τ为时间，一年按8000h计。

经计算，采用余热发电模式的节能和环保效益如表1所示。

3 结语

本文介绍的螺杆膨胀发电站是一种可以有效利用低品位余热作为动力，将热能转换为电能的装置，该装置可以由设备供应商成套提供，产生的电能质量稳定，可以并网至电网，具有良好的经济效益和环保效益。螺杆膨胀发电站技术成熟，故障率低，十分适合应用于化工行业。美中不足的是螺杆膨胀发电站初期投资昂贵，国家应出台相应的补贴或贷款政策鼓励工厂广泛使用余热发电装置。

参考文献

[1] 尹刚，吴方松，张立东.低温余热发电技术的特点和发展趨势探讨[J].东方电气评论，2011（3）：1-6.

[2] 胡滨海.闪蒸技术在余热发电中的应用[J].电站系统工程， 2004（9）：53-54.

[3] 陶云，陆海梅，陈新，等.浅谈闪蒸器在余热发电系统中的应用[J].工业锅炉，2009（6）：39-40.

[4] 彭根南.余热锅炉排烟温度参数优化[J].华中理工大学学报，1998（7）：91-93.

[5] 北京有色冶金设计研究总院.余热锅炉设计与运行[M]. 北京：冶金工业出版社，1982.