浅析余热发电的类型及其应用

浅析余热发电的类型及其应用

【摘要】本文通过对余热特点及意义的概述，详细的探讨了余热发电的类型及其应用。

【关键词】余热发电；类型；应用 一、前言

近年来，随着经济的不断发展，我国对余热发电的重视度也在不断地提高，并且在该方面取得了很大的成绩，但在其发展的过程中，也存在着大量的问题需要改进。所以，加强对余热发电的类型及其应用的思考，对于确保余热的再次利用有着重要的意义。

二、余热的特点

余热资源属于二次能源，是一次能源或可燃物料转换后的产物，或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过剩的热量，但是这些看似低品位的能量仍有被利用的可能和价值。按照温度高低分类，工业余热一般分为600℃以上的高温余热，230℃～600℃的中温余热和230℃以下的低温余热3种；按照来源，工业余热又可被分为：烟气余热，冷却介质余热，废汽废水余热，化学反应热，高温产品和炉渣余热，以及可燃废气、废料余热。

余热资源来源广泛、温度范围广、存在形式多样，余热的回收量与工艺生产过程、环境条件的变化密切相关，余热的回收利用受施工环境的限制，对余热回收设备要求较高。工业余热资源的利用对设备有如下要求：具有较宽且稳定的运行范围；能适用多变的生产工艺的要求；设备部件可靠性高，布局合理；能够综合利用能量，以提高余热利用率。

三、余热发电的概念及意义概述

当前在工业生产中至少有一半的热量以各种形式的余热被直接排放到大气中，这些排出、不加利用的热量不仅增加了企业的生产成本，而且会对环境造成严重污染，不利于经济社会的良性发展。为此，国务院《“十二五”节能减排综合性工作方案》明确提出，“到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤，比2010年的1.034吨标准煤下降16%，比2005年的1.276吨标准煤下降32%；“十二五”期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。在减排方面，提出2015年，全国化学需氧量和二氧化硫排放总量分别控制在2347.6万吨、2086.4万吨，比2010年的2551.7万吨、2267.8万吨分别下降8%；全国氨氮和氮氧化物排放总量分别控制在238.0万吨、2046.2万吨，比2010年的264.4万吨、2273.6万吨分别下降10%。”

所谓余热是指燃料燃烧过程中所发出的热量在完成一定的工艺流程后所剩下的热量，余热发电就是指利用这些余热通过一定的装置转换为电能的技术。余

热发电利用效率较高、经济效益高、管理简单，不仅将余热转化为电能，降低了能源消耗，提高生产过程中的能源利用效率，又有效地减少了二氧化碳等温室气体及有害气体的排放，减轻对环境的污染，是企业节约能源、资源、降低成本极为有效的途径。实践证明，充分利用好废弃的余热资源是实现节能减排的一个重要的途径和方法，目前我国余热发电技术及设备已经初具规模，在水泥、钢铁、冶金、石油化工、玻璃、制糖等行业取得了成功的应用，是典型的节能环保和循环经济项目。

四、余热发电的类型及其应用

1、低温余热发电

低温余热是指200℃以下的工艺生产过程中产生的余热气、冷凝水、热水，300℃以下的气体以以及400~450℃以下的锅炉、工业加热炉的排烟气等热量，通过这些低温下产生的余热进行的发电技术就是低温余热发电，具体的操作方法是通过低品位热能汽轮机、全流透平、螺杆膨胀机等设备进行操作，将低温余热转化为电能。低温余热发电能够将二氧化碳、一氧化碳等有害气体回收起来，减少这些气体的排放量从而降低温室效应，还能够缓解大型企业的用电量，节约能源的同时保护环境。利用纯低温余热发电技术在水泥、钢铁、冶金、石化等行业中的利用非常广泛，通过这一技术可以有效的节约能源消耗。水泥制造业对于能源的消耗量很大，是不折不扣的高能耗产业，在其生产水泥的过程中需要燃烧大量的煤炭，消耗大量的电能，能源消耗量巨大。在很多水泥回转窑生产线中大量的低温余热未被有效的利用，造成了能源的浪费。现在新型干法水泥窑纯低温余热发电技术已经得到了相关部门的认可，并逐步推广使用，实现了水泥工业的节能减排，能够相对的减少二氧化碳排放。据统计近年来我国应用新型干法水泥生产线已经加至1086条，“十二五”前三年预计每年投运200条生产线余热电站。窑头余热锅炉、纯凝式汽轮发电机组、新型干法水泥窑、窑尾余热锅炉是低温余热发电技术所需要的基本设备，此外还需要一些辅助设备才能够建立起低温余热发电系统。中国石油兰州石化分公司应用纯低温余热发电技术每年可回收并外供低温热超过1.5*104kcal/h，每年都能够节省700万以上的成本费用，还能够得到超过400万元的额外利润。可见低温余热发电技术的运用对于企业的发展有着极大的推动作用，值得大力的在钢铁企业中推广使用。

2、高温烟气余热发电

高温烟气余热发电指的是利用冶金、化工、建材等企业生产高温作业中产生大量中等品位的高温烟气余热为热源进行发电的技术。这些单位在生产过程中不可避免的会产生大量的烟气、废气、灰尘等有害物质，能源利用率低，对于生态环境和大气环境的污染严重。通过高温烟气余热发电技术可以在发电的同时将这些有害物质回收，缓解其碎玉大气环境的污染程度，降低能源消耗、节约能源。

3、废气、废液余热发电

企业高温生产过程之中常常会出现废气、废液，这些废弃物中会产生一定的

热量即是余热，利用余热进行发电可以有效的节能减排。在钢铁企业的工业生产过程中，一半的热能都会随着排出的废气流失掉，而且废气带走的热能占烧结总能耗的比重也很大。所以，相关的钢铁行业和企业要重视烧结余热发电技术，将烧结工序进行时产生的能耗降到最低，提高企业的经济效益。一般看来说，烧结余热发电技术的设备主要由废气回收输送系统、废气锅炉、凝汽式汽轮发电机、DCS集散控制系统及辅助设备等组成。据相关统计运用这一技术以后的2010年我国钢铁行业在生产中就节省了40万吨以上的煤炭资源。利用废气余热发电技术进行工业生产，能够有效的降低甲烷排放量，充分利用资源，降低生产成本，并通过甲烷燃烧产生大量的热量压缩活塞，驱动涡轮做功，将其由机械能转化为电能。

4、多余压差发电

所谓多余压差发电及即是指将企业生产的时候所产生的多余压差转化为机械能后进行发电的技术。在我国的重工业企业中这一技术的应用较为广泛，可以通过高炉冶炼过程中产生的大量压力煤气来获得多余压差，在通过煤气透平机组将煤气的压力转化为机械能后发电，这样既可以降低企业的成本又可以快速的获得收益。

五、实例说明

水泥窑纯低温余热发电技术。图1示出了5000t/d新型干法水泥生产线余热发电工程系统图。一般一条生产线设置2台余热锅炉，分别称为窑头余热锅炉(AQC—AirQuenchingCooler)和窑尾余热锅炉(SP—SuspensionPreheater)。水泥窑余热发电技术大致经历了中空窑高温余热发电、预热器及预分解窑带补燃炉的余热发电、带预热器及预分解窑的纯低温余热发电3个发展阶段。纯低温余热发电系统是在带补燃锅炉的低温余热发电技术基础上发展起来的，通过十几年来众多生产线余热锅炉的运行实践，我国几大设计院和制造厂初步摸索和掌握了水泥窑余热锅炉结构设计和性能设计的原理，解决了锅炉漏风、积灰、磨损、腐蚀等运行中曝露出的问题，为目前全面开发纯低温余热发电技术奠定了可靠的基础。目前国内余热发电技术要采用单压、双压、闪蒸等3种热力系统，在相同烟气参数条件下，按照技术经济的观点，这3种系统中，单压系统发电能力较低，双压系统发电能力较高，而闪蒸单级补汽系统其发电能力介于两者之间。

图15000t/d新型干法水泥生产线余热发电工程系统图

水泥窑纯低温余热发电技术主要是利用预分解窑系统中窑尾预热器排出的废气余热及窑头熟料冷却机排掉的废气余热。根据废气温度和废气量的不同，余热发电系统的余热发电能力也不同，对于水泥熟料产量从700t/d到5000t/d，甚至达到10000t/d的生产线，其余热发电系统单台机组发电功率为4500～24000kW不等。当窑尾预热器排出的废气温度为350～430℃、窑头熟料冷却机排掉的废气温度为200～380oC时，通过余热锅炉回收其中的余热产生温度为330～400℃、

压力为1．25～2．45MPa一定流量的过热蒸汽，驱动汽轮机发电，同时产生低压饱和蒸汽作为补汽进入汽轮机。

六、结束语

综上所述，余热的再次利用是能源资源的核心环节。因此，我们要加强对余热发电的类型及其应用的研究。

参考文献

[1]富莉.我国冶金企业废气余热利用的现状[J].冶金能源，2012(5)：23．

[2]陆秉权.中国余热发电行业的现状和发展趋势分析[J].援中国建材，2013(4):56-59.