剖析低品位余热蒸汽回收利用改造

文 //高建丽 南京市节能监察中心

剖析低品位余热蒸汽回收利用改造

文 //高建丽 南京市节能监察中心

低品位余热是一种指品位低、浓度小、能量少的废热能源。但从节能减排角度看，低品位余热利用是产能端和用能端节能的关键环节。与发达国家相比，我国工业领域内低品位余热利用还有一定的差距，各行业、各企业之间也不均衡。余热利用作为节能减排中的重要部分,具有巨大的节能潜力。本文通过对一个化工企业低品位余热利用的实例，说明合理、更大化地利用低品位余热的一种方法。

1 低品位余热概述

低品位余热是相对于煤、石油、天然气等高品位能源而言，其相同单位内包含的能量很低，目前可分为3类：热值小于600kcal/Nm的低浓度可燃物、温度低于800℃的显热物体和温度低于400℃的低温尾气烟气。对蒸汽而言，温度高于400℃的蒸汽属高品位蒸汽，250℃～400℃蒸汽属中品位蒸汽，低于250℃的蒸汽属低品位蒸汽。

工业低品位余热主要是工业企业在生产过程中，热能转换设备及用能设备运行中排放的废热、废水、废气等低品位能源。在石化、钢铁、建材和纺织等行业都存在丰富的、不同等级的余热蒸汽，低品位蒸汽的利用一直是能源界研究的一个课题，也是节能的重要手段之一。

2 企业低品位余热蒸汽来源

某煤化工厂以煤为原料，采用水煤浆加压气化技术生产水煤气，通过气体净化、甲醇合成、一氧化碳深冷分离等工序生产甲醇及一氧化碳，其生产能力为年产一氧化碳30万t、甲醇20t的规模。在生产过程中，粗合成气、冷却、变换及甲醇合成反应均放出大量的热量，为了充分利用这些热量,配设了余热锅炉, 余热锅炉产生的蒸汽，除生产工艺系统自身消耗一部分外，尚余很多。其生产工艺流程见图1。

图1

在整个工艺流程中，利用粗合成气产生的热量、变换及甲醇合成反应放出的热量，通过与之配套的余热回收装置产生大量的蒸汽。水煤浆气化的热回收工艺处配置的余热锅炉产生1.8MPa、220～230℃的蒸汽50～58t/h，甲醇合成反应器可产生1.8MPa、220℃的蒸汽28～31t/h，合计蒸汽量为78～89t/h；在变换工艺处配置了2台低压余热锅炉，产生0.5MPa的饱和蒸汽60t/h。正常运行时，工艺系统自身需要一部分蒸汽，即1.8MPa的蒸汽25～28t/h，0.5MPa的蒸汽32～40t/h。因此生产中尚有蒸汽富裕量为：1.8MPa的蒸汽46～58t/h；0.5MPa的蒸汽20～28t/h。蒸汽平衡见表1。

表1 水煤气生产工艺中的蒸汽平衡表

3 低品位余热蒸汽利用改造方案

该煤化工企业工艺生产产生的余热蒸汽是低压蒸汽，属低品位蒸汽。如何更好的利用生产的余热所产的低品位蒸汽，有两个改造方案。方案一：建设2台中温中压或次高温次高压燃煤补燃锅炉配置1套中温中压或次高温次高压汽轮发电机组；方案二：建设1套低品位补汽凝汽式汽轮发电机组。

方案一是将低压蒸汽分别进入2台补燃锅炉，产生中温中压（3.82MPa、450℃）或次高温次高压（5.3MPa、485℃）的蒸汽，再进入汽轮发电机组发电，该方案所选用汽轮发电机组的初参数是中温中压（3.43MPa、435℃）或次高温次高压（4.9MPa、470℃），机组属定型产品，有成熟的运行经验；补燃锅炉在冶金、建材、化工等行业均有运用。但该方案要建2台燃煤补燃锅炉，一方面增加投资、占地面积；另一方面要燃煤，增加烟尘及二氧化硫的排放量。

方案二选用的低品位热能汽轮发电机组，无论从安全运行还是热效率上来讲，近年来均得到提高和发展，机组也逐步完善、成熟。目前国内外已有多个系列的低品位热能汽轮发电机组产品，并已有近70台套投入运行。经调研，针对企业工艺生产的余热所产的低压蒸汽，在进汽参数P=1.8MPa、t=220℃，进汽量为46～58t/h，补汽参数P=0.5MPa、t=158℃，补汽量为20～28t/h时，发电量即为9640～12432kW，就可以选用1套12000kW低品位补汽凝汽式汽轮发电机组。该方案只需新建1低品位补汽凝汽式汽轮发电机组，投资省、占地少，而且不增加任何燃料，对环境影响很小，故采用此方案。

4 方案实施和经济性分析

该余热发电项目为建设1套BN12—1.7/0.6型、额定功率9640～12000kW补汽凝汽式汽轮发电机组，利用工艺生产的余热锅炉产生的多余的低品位蒸汽发电，使得多余的蒸汽不放散，符合国家资源综合利用政策的要求。

该项目的热力系统将公司内工艺生产所配余热锅炉产生的蒸汽由管道输送至接至汽轮机。余热发电厂房包括汽轮发电机间、电气及控制室间。汽轮机横向布置，厂房共长24m，厂房内安装一台双梁桥式起重机，作汽轮发电机组检修之用。汽轮发电机厂房运转层标高为7m。电气高压开关室设在发电厂房低层，热工控制室设在厂房运转层机头。厂用电采用380/220v动力和照明共用的中性点直接接地的三相五线制接线方式。

按最大蒸汽进汽量为86t/h，年运行7425h计，扣除厂用电量，每年可向公司提供电力6298万kWh，减少了公司外购电量，有效降低生产成本，对公司提高经济效益有重大意义。

改造方案实施后，对比燃煤发电机组，按年发电量7157.7万 kWh计算，每年可节约标准煤79000t，工程全部投资回收期5.29a，内部收益率22.53%。

5 结论

利用企业生产工艺产生的剩余低品位蒸汽发电，既可消除多余蒸汽放空，减少对环境的影响，又使多余低品位蒸汽得到有效利用。通过跟踪调查显示，目前该机组实际年发电量达6000万kWh，无论从节能、资源综合利用还是从环保角度，其经济效益和社会效益极为显著。