張勝利

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

【關鍵詞】余熱發(fā)電；類型；應用

能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質基礎，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加劇的背景下，發(fā)展低碳環(huán)保、環(huán)境友好型經(jīng)濟成為了必然的選擇。節(jié)能減排、開發(fā)利用節(jié)能新技術被喻為繼煤炭、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、降低熱污染、保護環(huán)境的長遠需要，也是緩解能源供應緊張、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)實需求，最終達到資源、環(huán)境、經(jīng)濟、社會的協(xié)調發(fā)展。當前我國經(jīng)濟正處于持續(xù)高速發(fā)展時期，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、節(jié)約型經(jīng)濟成為了當務之急的事情。近年來，新興的余熱發(fā)電技術以其高新環(huán)保、吻合國家節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策的要求等特性，應用領域十分廣闊，市場需求潛力巨大。現(xiàn)將余熱發(fā)電的概念、意義及其在各個工業(yè)生產(chǎn)領域的應用介紹如下，以供參考借鑒。

一、余熱的特點

余熱資源屬于二次能源，是一次能源或可燃物料轉換后的產(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，冷卻介質余熱，廢汽廢水余熱，化學反應熱，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，余熱的回收利用受施工環(huán)境的限制，對余熱回收設備要求較高。工業(yè)余熱資源的利用對設備有如下要求：具有較寬且穩(wěn)定的運行范圍；能適用多變的生產(chǎn)工藝的要求；設備部件可靠性高，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，而且會對環(huán)境造成嚴重污染，不利于經(jīng)濟社會的良性發(fā)展。為此，國務院《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》明確提出，“到2015年，全國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降到0.869噸標準煤，比2010年的1.034噸標準煤下降16%，比2005年的1.276噸標準煤下降32%；“十二五”期間，實現(xiàn)節(jié)約能源6.7億噸標準煤。在減排方面，提出2015年，全國化學需氧量和二氧化硫排放總量分別控制在2347.6萬噸、2086.4萬噸，比2010年的2551.7萬噸、2267.8萬噸分別下降8%；全國氨氮和氮氧化物排放總量分別控制在238.0萬噸、2046.2萬噸，比2010年的264.4萬噸、2273.6萬噸分別下降10%?！?/p>

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換為電能的技術。余熱發(fā)電利用效率較高、經(jīng)濟效益高、管理簡單，不僅將余熱轉化為電能，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。實踐證明，充分利用好廢棄的余熱資源是實現(xiàn)節(jié)能減排的一個重要的途徑和方法，目前我國余熱發(fā)電技術及設備已經(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)取得了成功的應用，是典型的節(jié)能環(huán)保和循環(huán)經(jīng)濟項目。

三、余熱發(fā)電的技術特點

余熱發(fā)電是利用燃料燃燒過程中多余的熱能轉換為電能的技術。余熱發(fā)電不僅節(jié)能，同時有利于環(huán)境保護。余熱發(fā)電具備如下特點：（1）以熱定電。由于整個系統(tǒng)熱負荷是不穩(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隨著生產(chǎn)的波動而波動，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、積灰，從而對余熱鍋爐產(chǎn)生嚴重磨損和堵塞。余熱鍋爐入口前需進行除塵處理。（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，這些物質都有可能對余熱鍋爐的爐膛及受熱面產(chǎn)生高溫腐蝕或低溫腐蝕。（4）安裝場地受限。由于受整個工廠系統(tǒng)等的限制，在設計安裝余熱發(fā)電系統(tǒng)時需統(tǒng)籌規(guī)劃。

四、余熱發(fā)電的類型及其應用

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行發(fā)電的技術，其方法主要低品位熱能汽輪機、全流透平、有機工質朗肯循環(huán)透平、螺桿膨脹機等。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，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。近年來在水泥制造業(yè)推廣應用的新型干法水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術有效地實現(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，全國共有新型干法水泥生產(chǎn)線約1 086條，“十二五”前三年預計每年投運200條生產(chǎn)線余熱電站。新型干法水泥窯純低溫余熱發(fā)電技術的設備通常是由一臺窯頭余熱鍋爐、一臺窯尾余熱鍋爐和一臺純凝式汽輪發(fā)電機組以及輔助系統(tǒng)構成。中國石油蘭州石化分公司應用純低溫余熱發(fā)電技術每年可回收并外供低溫熱超過1.5×104kcal/h，每年可節(jié)約費用超過700萬元，實現(xiàn)利潤超過400萬元。此外，低溫余熱發(fā)電技術在我國鋼鐵行業(yè)的應用也十分成功，目前已有多家鋼鐵廠采用了此項技術。

2 高溫煙氣余熱發(fā)電

高溫煙氣余熱發(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煙氣余熱為熱源進行發(fā)電的技術。上述企業(yè)煙氣的排放量巨大，且煙氣中含塵量大，不僅浪費了能源，而且嚴重污染了環(huán)境。高溫煙氣余熱發(fā)電不僅可以回收煙塵，減少對大氣環(huán)境的污染，而且可以節(jié)約能源、降低產(chǎn)品工藝能耗。余熱回收的設備一般由余熱鍋爐、空氣換熱器、余熱電站及附屬設備等組成。例如，銅冶煉廠對銅精煉陽極爐產(chǎn)生的高溫煙氣余熱進行回收利用，每年可節(jié)約標準煤達6000t以上，經(jīng)濟效益十分顯著。

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）、廢液余熱為熱源進行發(fā)電的技術。當前鋼鐵行業(yè)的燒結工序中有50%左右的熱能被廢氣帶走，廢氣帶走的熱能占燒結總能耗的五分之一以上。鋼鐵行業(yè)應用燒結余熱發(fā)電技術，有效地降低了燒結工序的能耗，為企業(yè)節(jié)約降本。燒結余熱發(fā)電技術的設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、DCS集散控制系統(tǒng)及輔助設備等組成。2010年我國鋼鐵行業(yè)應用該項技術節(jié)約了超過40萬t的標準煤，2011年預計可完成節(jié)能標準煤56萬t。煤礦生產(chǎn)中應用廢氣余熱發(fā)電技術將甲烷氣體進行發(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，驅動渦輪做功，從而將機械能轉化為電能。

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)的多余壓差轉化為機械能后進行發(fā)電的技術。首鋼一、三高爐應用該項技術，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，通過煤氣透平機組將煤氣的壓力轉化為機械能后發(fā)電，具有見效快、效益高、降低生產(chǎn)成本的作用。廣東韶鋼應用該項技術發(fā)電，年效益達5000萬元以上，效益十分顯著。

五、結語

總之，從我國余熱發(fā)電技術的實際應用情況可以看出，余熱發(fā)電技術不僅可以節(jié)約能源，而且能夠帶來豐厚的經(jīng)濟效益，對于保護環(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：山東晨陽新型碳材料股份有限公司）