化工企业低品位余热能源的发电应用

化工企业低品位余热能源的发电应用

通化化工股份有限公司尹继平

江苏凯茂石化科技有限公司李洪伟

天津圣智达机电设备有限公司李光寅

化工生产存在大量的低品位余热，许多企业无法利用只能放空处置。随着石油能源危机的出现，人类不断寻找新型能源，同时也在关注低品位能源的利用研究。

时代的发展与能源格局的骤变，不被人们关注的垃圾级低品位能源还是有幸让研究人员发现与研究利用。垃圾处理焚烧发电、新农村秸杆沼气发电、生物能发电、风力发电、太阳能发电、半导体温差发电，震动发电……，甚至连微小的能源也被科学家关爱了，掀起了新一轮的工业化发电热潮。

笔者长期研究低品位余热发电技术和跟踪发电设备研发进展，目前已进入工业化应用阶段，本文是近年来的研究应用情况。

一、低品位余热利用发电的价值

按照发电一千瓦小时电消费327克标准煤计算，折合碳排放870g/kwh。如果能把化工企业的低压余热蒸汽利用发电，无论是当前还是未来，将功不可没。

1MPa以下的低品位蒸汽无法满足1.5MPa（340℃）传统低压汽轮机所需参数工作条件。近年由江西华电电力有限责任公司开发成功的“螺杆膨胀蒸汽发电机”工作压力为0.2-3MPa，能适应汽液两相混合工质热源，很好地解决了甲醛生产过程副产0.4MPa饱和蒸汽的用途。

二、低压低温蒸汽发电原理

利用0.2-3MPa压力，温度不高于300℃的饱和蒸汽，直接通入蒸汽产生动力，利用较低的压力差、温度差拖动发电机，实现“蒸汽能-机械能-电能”的转换机理。

这类发电机组有传统汽轮机的改良型，也有独具特色的气液混合式机型。其发电消耗蒸汽流量2.5-4t/h时，能发电200kwh。下面就笔者跟踪的蒸汽发电设备调查如下：

1、美国ECT饱和蒸汽汽轮发电机是利用纯低温饱和蒸汽即可接入发电的高科技设备，在余热利用发电工程上很为适用。在现在已有蒸汽锅炉供车间设备使用蒸汽的工厂最为有利，即把此饱和蒸汽涡轮发电机串接在蒸汽管道上，即可产生40-2500KW电能，（条件：蒸汽压力在2公斤以上，蒸汽流量在3吨/小时以上），不增加蒸汽锅炉的燃料，不影响车间设备蒸汽的使用，只利用车间设备不利用的蒸汽动能。该饱和蒸汽涡轮发电机为联合国环保组织投资，美国研制生产的高科技设备，具有环保，节能，高效的优势。

2、背压式过热蒸汽机组需配备带有过热器的锅炉使用，原饱和汽的锅炉需要加装过热器才能与之配套。6-10t/h以上的锅炉都有加装过热器位置，10t/h锅炉有饱和汽1.27 Mpa、194℃改为1.27 Mpa、350℃，需加装过热面积为43.67m2.。过热器是有多根ф32×2.5的钢管弯曲几圈而成。进排气参数对背压式汽轮机做功能力和效率有一定影响，在一定范围内进汽参数越高，排气参数越低；汽轮机做功越多，汽轮发电机发电越多、汽耗越低。

例如：B0.3-1.27/0.49进汽280℃、汽耗32公斤/度电。

B0.3-1.27/0.294进汽320℃、排气2160C、汽耗21.5公斤/度电。

B0.3-2.45/0.49进汽390℃、排气2730C、汽耗19.5公斤/度电。

该背压式汽轮机组节能的宏观认识，能量的可用性必须从能的数量和质量两个方面来加

以分析,能的品质主要由它的做功能力来衡量。电能机械能的品质高于热能，而温度高的热能转变为功的能力强，是高品位热能。工业企业生产中使用的蒸汽大部分是降低了锅炉的压力、温度后使用的。一般1.27Mpa、1940C的锅炉降低至0.588Mpa、1640C使用，其卡诺循环热效率降低了4.35%，如果该锅炉提高至3200C，则卡诺循环热效率将提高53%，更重要的是加装过热器提高温度之后，发送了热能的品质，实现了热能的梯级利用，使之提高了其能量的综合利用水平，降低了企业总的能源消耗成本，提高了企业的经济效益。一台1500KW 低压冷凝机组改为背压式机组后，每度电从576克煤耗下降到189克，节能67%。

3、同济大学有机朗肯循环机组（低温余热发电试验台），试验系统主要用于进行低温余热发电的相关试验，其中包括：有机工质研究、膨胀机研究、传热研究及系统性能研究。通过试验，为有机朗肯循环余热发电设备的设计及研发提供理论基础及试验参数。系统主要用于回收150℃～250℃的余热，包括地热、烟气余热、废液余热等各种形式余热。膨胀机的轴功率设计范围为1～10kw。系统设计压力为2MPa。系统工质采用R123或R134a等环保冷媒。

4、“螺杆膨胀动力机ZL03123341.4”专利持有单位,2009年科技部批复产业化基地总投资50亿元,发改委推荐节能项目,2008年成功投入应用!

产品介绍：SEPG-400B-500-2700-1.65-C （动力输出420kw，发电400kw）机型-功率-转速-长径比-标准C

产品规格：

SEPG-250B-XX 50-100KW、100-200KW、200-250KW;

SEPG-300B-XX 100-200KW、200-300KW、300-400KW;

SEPG-400B-XX 250-400KW、400-550KW、550-700KW;

SEPG-500B-XX 400-800KW、800-1000KW、1000-1500KW;

使用条件: 蒸汽0.15∽3.0MPa <300℃；热水0.8MPa >170℃。

三、燃式发电机原理

1、内燃式发电

经过改造的汽油、柴油机，可以使用天然气、液化气、沼气发电，商品化的发电机组价格很便宜，约600-1000元/kw。

甲醛尾气通入内燃式发电机也可以发电，但易形成积炭效率逐渐降低，维护麻烦，不保证长期运行。早年重庆大方化工就试验过该方法，取得了40kw/t 37%甲醛尾气的可贵数据。2012年河北省石家庄一家甲醛厂购置了1台多燃气发电机，但存在爆劈声，该发电机由南通宝驹气体发动机有限公司提供。

2、外燃式发电机

1816年由苏格兰牧师雷伯尔特·斯特林发明，又称“热空气发动机”，当时已生产出数千台。后由于蒸汽机和内燃机的出现而被冷落，到二十世纪初已基本消失，主要由于封入的工质为空气，加热温度仅几百度，致使机构庞大使用不便。1930年荷兰菲利蒲公司欣赏它的外燃式静止发动机的特点，做为无线电用发电机的动力而重新开发，但不久由于电子器件的晶体管化而停顿。以后又做为汽车用发动机重新开发，采取700℃以上的温度加热5～20MPa的氢气和氮气为工质，试制了换置式和斜板回转式双向型发动机，并做了装车试验。由于高温，高压产生的高效率和高转矩，在以氢气为工质时达到了高速度，初步显示有可能成为比内燃机效率高的外燃式汽车发动机。该公司将液氨用发动机商品化，将其余的发动机制造技术于1957～1967年陆续转让给西德和瑞典的有关公司。