餘熱發電

餘熱發電是利用生產過程中多餘的熱能轉換為電能的技術。餘熱發電不僅節能，還有利於環境保護。餘熱發電的重要設備是餘熱鍋爐。它利用廢氣、 廢液等工質中的熱或可燃質作熱源，生產蒸汽用於發電。由於工質溫度不高，故鍋爐體積大，耗用金屬多。用於發電的餘熱主要有：高溫煙氣餘熱，化學反應餘熱，廢氣、廢液餘熱，低溫餘熱（低於200℃）等。此外，還有用多餘壓差發電的；例如，高爐煤氣在爐頂壓力較高，可先經膨脹汽輪發電機繼發電後再送煤氣用戶使用。

基本介紹

• 中文名：餘熱發電
• 外文名：Waste heat power generation
• 優點：節能，有利於環境保護
• 重要設備：餘熱鍋爐
• 餘熱源：高溫煙氣餘熱，化學反應餘熱
• 領域：能源工程

定義

餘熱發電是指利用生產過程中多餘的熱能轉換為電能的技術。餘熱發電不僅節能，還有利於環境保護。餘熱發電的重要設備是餘熱鍋爐。它利用廢氣、廢液等工質中的熱或可燃質作熱源，生產蒸汽用於發電。由於工質溫度不高，故鍋爐體積大，耗用金屬多。用於發電的餘熱主要有高溫煙氣餘熱，化學反應餘熱、廢氣、廢液餘熱、低溫餘熱，低於200℃等。

鑒於此，在工業上，餘熱一般優先供生產自用，當有剩餘時，雖然直接利用(如暖通空調用或動力用)對能源的利用率要更高一些，但限於暖通空調用量較小且季節變化較大的特點，以及作為動力用要求負荷相對穩定的特點，該種利用方式具有一定的局限性。更多地，則是選擇採用餘熱發電的技術對能源進行回收利用。

概況

餘熱是在一定經濟技術條件下，在能源利用設備中沒有被利用的能源，也就是多餘、廢棄的能源。它包括高溫廢氣餘熱、冷卻介質餘熱、廢汽廢水餘熱、高溫產品和爐渣餘熱、化學反應餘熱、可燃廢氣廢液和廢料餘熱以及高壓流體余壓等七種。根據調查，各行業的餘熱總資源約占其燃料消耗總量的17%~67%，可回收利用的餘熱資源約為餘熱總資源的60%。

鋼鐵行業加熱爐高溫煙氣回收發電技術當年可收回全部成本，熱量利用率提高5-10%。

利用途徑

餘熱的回收利用途徑很多。一般說來，綜合利用餘熱最好；其次是直接利用；第三是間接利用（產生蒸汽用來發電）。如鋼鐵工業：鋼鐵廠中的焦爐。目前我國大中型鋼鐵企業具有各種不同規格的大小焦爐50多座，除了上海寶鋼的工業化水平達到了國際水平，其餘廠家能耗水平都很高，大有潛力可挖。煉鋼廠中的轉爐煙氣發電，發電系統，可配置發電量為3000Kw的電站80座。煉鋼廠中的電熔爐，現如今全國有20多座，其中65噸級可發電量在5000Kw/座以上。

發展

伴隨著可持續發展、循環經濟、節能減排以及低碳經濟等一個個觀念的提出，我國的餘熱發電行業經歷了從無到有、從小到大的發展歷程。

據國家統計局2011統計公報顯示，2011年我國全年能源消費總量34.8億噸標準煤，萬元國內生產總值(GDP)能耗下降2.01%，未達到2011年單位GDP能耗較上年下降3.5%的目標。

儘管大多數專家預測，“十二五”期間我國經濟增速較“十一五”時期將有所放緩，但每年8%以上的增速，仍意味著降低單位GDP能耗存在巨大壓力。

緊隨其後，工信部對外公布了《工業節能“十二五”規劃》。《規劃》提出，到2015年，規模以上工業增加值能耗比2010年下降21%左右，實現節能量6.7億噸標準煤。

業內人士普遍認為，在保持工業年均增速8%的基礎上，支撐工業增加值能耗下降21%的指標難度不小，這意味著“十二五”期間要實現6.7億噸標準煤的節能量，較“十一五”的6.3億噸還多出0.4億噸。現如今，我國傳統產業的工藝技術裝備水平已經大幅提升，要實現這一目標只能從現有的裝備節能中尋求突破。

隨著國家節能減排力度不斷加碼，餘熱發電項目的魅力日益顯著。預計，到2015年，我國餘熱余壓發電要實現新增裝機2000萬千瓦。按照每千瓦造價5000元計算，“十二五”期間餘熱余壓發電將形成1000億元投資規模。

發電技術

中國水泥窯餘熱發電技術經過近十餘年的發展有了長足的進步，現已接近國際先進水平。誕生了各種各樣的並能滿足不同窯型要求的發電系統。 在未來相當長的時期內， 中國水泥窯餘熱發電技術的發展趨勢主要集中於以下幾個方面：

採用立式餘熱鍋爐和補汽式汽輪發電機組的二級餘熱發電系統。 立式餘熱鍋爐徹底解決了臥式餘熱鍋爐漏風及爐內溫度場實際分布與鍋爐設計時所假想的溫度完全不相同的問題， 可以大大提高鍋爐蒸汽產量；篦冷機 或立式餘熱鍋爐排出的200℃左右廢氣餘熱可以充分回收並用以發電。這樣可使噸熟料餘熱發電量在熟料熱耗不變的前提下提高到195千瓦小時以上。

使水泥窯綜合能耗達到同規模預分解窯的能耗水平，而經濟效益遠高於預分解窯。

餘熱發電窯二級餘熱補燃發電系統除具有二級餘熱發電系統的優點外，還可解決水泥窯煤粉製備系統的運行安全及環保問題。同時，對於嚴重缺電地區或同時具有立窯、立波爾窯、濕法窯、乾法迴轉窯等其它窯型的水泥廠，也可解決供電問題，並能夠進一步提高經濟效益。

為了克服帶補燃鍋爐的中低溫餘熱發電系統存在的缺點，採用補汽式汽輪機組，充分回收200℃以下的廢氣餘熱， 同時補燃鍋爐應當以煤矸石等劣質煤或垃圾為燃料，除節約優質煤外，還可為水泥生產提供原料，降低發電成本，進一步提高經濟效益。

現如今，從事水泥工業技術工作的人員，致力於如何降低熟料熱耗及水泥電耗的研究工作， 而從事餘熱發電技術工作的人員致力於如何提高餘熱利用率，提高餘熱發電量的研究工作。現如今還沒有哪一個部門研究如何將水泥工藝技術與餘熱發電技術有機地結合起來，以尋求最低的水泥綜合能耗及最佳的經濟效益問題。筆者經過分析、研究認為，水泥工藝技術與餘熱發電技術最佳結合的方式應當為：縮減水泥窯預熱器級數或者改變預熱器廢氣及物料流程，使出預熱器的廢氣溫度能夠達到550℃～650℃，這樣餘熱發電系統可以取消補燃鍋爐，採用餘熱發電窯的二級餘熱發電系統。這種結合方式，水泥熟料熱耗雖然有所增加(對於五級預熱器， 廢氣溫度由320℃～350℃提高至550℃～650℃後，每千克熟料熱耗預計增加1000～1200千焦)， 但發電系統可以取消補燃鍋爐而不存在由於補燃鍋爐容量小、效率低的問題，同時能夠保持餘熱鍋爐生產高壓高溫蒸汽，使發電系統仍然具有較高的運行效率，噸熟料餘熱發電量可以提高90千瓦小時以上，水泥綜合能耗將低於現如今的預分解窯水平，經濟效益則顯著提高。從中國的國情考慮，這種方式的水泥窯及發電系統，以其最低的投資、更低的綜合能耗、更高的經濟效益應當成為今後水泥工業發展的主要方向，這是水泥工業需要認真研究與探討的重大課題。

現已投入生產的餘熱發電窯及小型預熱器窯(包括立筒預熱器窯)　流態化分解爐(或煙道式分解爐)加1～2級懸浮預熱器加餘熱發電窯二級餘熱發電技術，是今後對已投入生產的餘熱發電窯及小型預熱器窯進行技術改造的主要模式。這項綜合技術，除了水泥窯的熟料產量可以增加20%～100%以外， 每噸水泥\熟料發電量也可達110～195千瓦小時，收到增產、降耗、 提高經濟效益的三重效果，同時改造投資也大大低於其它模式。

根據立窯廠的生產能力及資金條件，第一步，先利用餘熱發電窯(中空窯)加二級餘熱發電技術取代立窯。 如某立窯廠有3條8.8萬噸的生產線，可停產2台立窯， 建一條直徑3.6米×74 米中空窯及一套4500千瓦補汽式餘熱發電系統，這一步投資約需3600～3800萬元。其次，利用流態化分解爐加1～2級懸浮預熱器技術， 再對餘熱發電窯進行技術改造， 即對於上例所述立窯廠，停產第三台立窯，並對已建成的直徑3.6米×74米中空窯加裝流態化分解爐及1～2級懸浮預熱器，同時對餘熱鍋爐進行局部改造，這一步的投資約需800～1000萬元。上述兩步改造工作完成後，以總投資4500～5000萬元的代價，將原立窯廠升級換代為預分解窯廠，並使熟料總產量維持在原有3台立窯總和的水平，在每噸標準煤到廠價不高於180元的條件下，水泥生產成本可降至95元以下。

隨著餘熱發電的技術日益成熟，國家對能源的重視，對節能減排的扶持，越來越多的可利用餘熱的企業都意識到了餘熱發電所帶來的效益。對發展餘熱發電項目持積極態度。但限於項目投資資金大，技術複雜，致使很多企業想上項目可最終因為資金技術的原因沒有上成。鑒於這種情況 現如今國內湧現出不少專業的節能服務公司採用EMC（契約能源管理）模式來投資餘熱發電，即由節能公司投資資金和採購所需設備，技術來為企業建設餘熱發電項目，項目產生效益後在效益里回收投資的模式。這種模式既解決了企業資金不足技術不足的缺點，也使的平時廢棄的煙氣，尾氣，餘熱得到合理的利用。同時也使得節能公司的資金得到合理的運轉，這種雙贏模式的合作在餘熱發電項目上越來越受到歡迎。

低溫餘熱發電

有機工質循環發電系統

有機工質循環發電系統是區別於傳統的以水(蒸汽)為循環工質的發電系統，採用有機工質（如R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷等 ）作為循環工質的發電系統，由於有機工質在較低的溫度下就能氣化產生較高的壓力，推動渦輪機（透平機）做功，故有機工質循環發電系統可以在煙氣溫度200℃左右，水溫在80℃左右實現有利用價值的發電。這項技術在已開發國家就是比較先進的套用技術，近年來我國有的企業通過引進吸收，也掌握了這項技術，也有較優秀的產品在國內外套用。有機工質循環發電系統的效率高，構成簡單，沒有除氧、除鹽、排污及疏放水設施。凝結器里一般處於略高於環境大氣壓力的正壓，不需設定真空維持系統。透平進排氣壓力高，所需通流面積較小，透平尺寸小，易於小型化設計製造，管理維護費用低等優點。

外燃機熱氣機循環發電系統

外燃機是早在1861年由英國人羅伯特·斯特林發明，和蒸汽機的歷史差不多，它的特點首先是燃燒連續的，由於工質不參與燃燒，因此沒有內燃機的爆震現象，噪音低；其次可以使用任何燃料，其燃燒室在外，燃燒的過程與工質無關，適用於各種熱源，對燃燒方式無特殊要求，體積小、重量輕、壽命長、維護方便、燃燒效率高。外燃機循環發電系統是利用低溫餘熱發電的廢熱回收裝置，可回收100℃至300℃的廢熱，能達到20%的發電效率。從數據來看，其發電效率優於目前市場的低溫蒸汽循環發電系統和有機工質發電系統的發電效率，該裝置在100℃的廢熱條件下發電效率達7.3%，150℃的條件下發電效率達13.7%，200℃的條件下發電效率達18.4%，250℃的條件下發電效率達22.1%，300℃的條件下發電效率達25.0%。在這樣的廢熱溫度條件下能達到這樣的發電效率是目前可以看到很好的水平，達到了從低溫熱能轉化為電能的技術水平。

超臨界二氧化碳循環發電系統

超臨界二氧化碳發電系統是超臨界二氧化碳液體為郎肯循環系統的工質，以二氧化碳透平專用渦輪機為核心技術的最新餘熱發電技術。此發電系統在餘熱發電方面有較寬泛的套用優勢，各項技術指標都優於在用的水蒸汽郎肯循環系統和有機郎肯循環系統，特別是在發電效率和設備體積方面有著明顯的優勢。超臨界二氧化碳熱機是一種平台技術，目前可提供的功率範圍為250kWe至50Mwe的設計，效率可達30%。套用範圍包括燃氣輪機、固定式動力發電機組、工業廢熱回收、太陽能熱量、地熱、混合內燃機等的循環熱能。超臨界二氧化碳循環發電系統是基於超臨界二氧化碳渦輪機為核心技術，以超臨界二氧化碳為工作介質的餘熱發電循環系統，是具有突破性的熱機技術。

設備介紹

單級蒸汽透平機

單級蒸汽透平機廣泛套用於各過程工業領域，普遍作為水泵、油泵、風機、壓縮機和發電機的穩定、經濟的驅動設備。

多級蒸汽透平機

高可靠性和穩定性成就了多級透平機在過程工業領域中占有重要的地位。多級透平機具有既注重可靠性更保證高效率的特點，可以迎合不同工業能量部門的需求。

蒸汽透平發電機組

為客戶提供量身定製的蒸汽透平發電機組解決方案。飽和蒸汽透平發電機組以其穩定和高效的特點為飽和蒸汽的利用開闢了完美的途徑。

提高措施

1、窯頭低溫廢氣餘熱的循環利用。

2、在窯尾二級預熱器旋風筒內設定過熱器。

3、迴轉窯筒體散熱的利用。