低温余热发电

焙烧炉烟气潜热回收前期研究

1低温余热发电简介

余热发电，是利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术，是余热的动力回收途径，也是余热利用的一个重要发展方向。它不仅节能，还有利于环境保护。余热发电的重要设备是余热锅炉,它利用废气、废液等工质中的热或可燃质作热源，生产蒸汽用于发电。由于工质温度不高，故锅炉体积大，耗用金属多。用于发电的余热主要有：高温烟气余热，化学反应余热，废气、废液余热，低温余热等。此外，还有用多余压差发电的；例如，高炉煤气在炉顶压力较高，可先经膨胀汽轮发电机继发电后再送煤气用户使用。

余热发电的方式有许多种，如：利用余热锅炉首先产生蒸汽，再通过汽轮发电机组，按凝汽循环或背压供热循环发电。对于高温余热利用，采用余热发电系统产生电能更符合能级匹配的原则。对较低温度的余热，在没有合适的热用户的情况下，将余热转换成电能再加以利用，也是一种可以选择的回收利用方案。如：采用低沸点工质(氟里昂等)回收中低温余热，产生的氟里昂蒸汽按朗肯循环在透平中膨胀作功，带动发电机发电；或则采用加热工质至中低参数，再采用闪蒸器闪蒸出蒸汽，进入汽轮机中混汽做功。

余热发电技术与大中型火力发电不同，余热发电是通过回收工业生产过程中排放的废烟气、蒸汽所含的热量来发电，是一项变废为宝的高效节能技术。它的特点是经济效益高；余热利用效率较高；系统简单，便于管理，生产人员较少；不增加大气污染物的排放，等效减少了二氧化碳及其它污染气体的排放；不消耗燃料，经济效益不受燃料价格波动的影响。

1.1国外余热发电现状

国外从40年代就开始进行余热利用的研究，美、苏、日、法等国对余热利用给予重视，大量投资进行科研工作。而对于纯中、低温余热发电技术，从上世纪六十年代开始研究，到七十年代中期，该技术无论是从热力系统还是相关发电设备都进入实用阶段，到80年代初期此项技术的应用达到了高潮，渐趋普及。日本对此项技术的研究开发较早，也较为成熟，不但在本国二十几条预分解窑水泥生产线上应用了此项技术，并且出口到台湾，韩国等国家和地区。他们开发研制的余热锅炉及中、低品位蒸汽汽轮机，经数十个工厂多年运转试验证明：技术成熟可靠并且有很大的灵活性。

目前，国外水泥窑低温余热发电系统的比例是很高的。20世纪80年代以来，先进工业国家也正是一直这样做的，在日本，自1981年3月住友水泥公司蛙阜水泥厂投运一套1320千瓦×2的余热发电系统后到现在，70％的水泥企业在新型干法生产线上都设置有余热发电系统，其余热发电量占自身用电量的比例，在1995年就已经达到43%。

在发达国家，特别是在能源短缺地区，纯低温余热发电已被广泛应用。以色列可利用90℃左右的载热体来发电。因此，无论从利用载热体的温度上，还是地热废热发电设备的可靠性和这些设备的自动控制水平上来讲，以色列的废热地热发电技术居世界领先地位。目前世界上许多国家和地区，如美国、日本、俄罗斯、新西兰、菲律宾、冰岛等均引进了以色列的废热发电设备和技术。它使用的工质是碳氢化合物，在中、低温状态下就可获得高于水蒸汽循环的效率，详见有机郎肯循环发电系统的介绍。

在美国，水泥工业节约能源首先从在烧窑后设置空气预热器降低能耗开始，采用这种节能措施可使水泥生产的平均能耗减少22999×105焦耳/吨水泥(即回收余热的节能达45.7％)。后来在改造工艺窑的同时，采用设置余热锅炉回收余热进行发电的方式。例如，美国国家石膏公司水泥部的爱尔派工厂，从1973年后的5年时间内，先后建成了五套余热锅炉—蒸汽轮机发电机组，容量达5000—12500千瓦。美国北美公司和波特兰水泥厂所开发的有机工质

朗肯循环余热锅炉发电机组系统，它能更有效地回收利用干法工艺水泥窑的中低温余热，其回收效率比蒸汽循环高得多，如在利用260~540℃的中低温余热时，可高达50％左右。

1.2我国余热发电

我国利用高温热源的余热发电技术已经成熟(例如钢铁企业和中空水泥回转窑高温烟气回收热量发电)，并且已成功走向工业化，但中低温余热发电技术尚不很成熟。在钢铁、电解铝、石油化工、建材、水泥、制糖等行业中，生产厂家具有大量低品位余热，包括低品位烟气、蒸汽和热水等，这些热量品位低、数量大、分布较散，基本不能为生产再利用，因此，推广纯低温余热发电作为一项低品位余热利用的手段，已经成为当前余热发电技术上的研究热点，并受到了政府部门的重视。从我国能源局编制的《2010热电联产发展规划及2020年远景目标》可以知道，中国低温余热发电的未来将十分光明。

我国的纯低温余热发电研制起步较晚，首条配备纯低温余热发电系统的新型干法生产线是1996年日本新能源组织向我国安徽宁国水泥厂4000t/h预分解窑赠送一套648KW纯中、低温余热发电设备，工程已于1997年11月投产，运行良好。在借鉴国外先进技术的基础上，经过几代人的努力、十几年的开发、研究和若干实际工程投产运行，我国对低温余热发电已经有了相当成熟的技术，无论是热力循环系统还是国产化设备都已成熟可靠，尤其是补汽式汽轮机的研制成功，使得我国的余热发电技术及装备除了汽轮机本体效率比外国日本的产品略低外，总体技术水平已经赶上国际先进国家，可提供各种类型的余热发电技术及设备。余热发电技术，无论是循环系统、循环工质，还是余热锅炉、补燃锅炉、汽轮机、锅炉给水除氧设备等仍然有一进步发展提高的余地。随着余热发电技术装备的不断创新，余热利用的方式和用途也不断拓宽，老机组的技术改造任务将不断增多，余热利用仍然有潜在市场。纯低温余热发电在我国的冶金、化工、食品等行业早已得到推广使用。

低温余热发电在我国以水泥行业的普及率最高，一方面因为国家规定新上生产线必须配套余热发电项目，另一方面余热发电本身效益明显，企业积极性高。水泥行业对于低温余热发电应用最多也最成熟，水泥窑余热发电技术的发展大致经历了中空水泥窑余热发电技术、带补燃炉的预分解窑余热发电技术和当前的纯低温水泥窑余热发电技术三个阶段，每个阶段的发展都与同时期的水泥发展技术、企业需求、国家产业政策、环境要求等因素息息相关，密不可分。

在国内玻璃行业，自从2007年9月首条玻璃熔窑烟气余热发电工程项目在江苏华而润集团成功并网发电后至今，全国玻璃行业已建和在建的余热发电工程项目约30多个，装机容量从4.5MW到15MW不等，具有较大影响力的工程项目有江苏华尔润、成都南玻、虎门信义、三峡新材等。针对利用玻璃伏法玻璃熔窑生产过程中排放的300~500℃的低品位废气热能资源，通过余热锅炉进行热交换，回收废气余热产生过热蒸汽，推动低参数汽轮机组，带动发电机组发出电能，实现热能向机械能的转换。都南玻投资1亿元的12 MW余热发电项目，其作为规模最大的余热发电项目，有望为国内玻璃行业提供一个标准运行模式。玻璃熔窑余热发电技术可以节约能源、降低热耗，并具有显著的经济和社会效益。亟待解决的问题是制定本行业的有关节能措施、标准和政策导向，研究重点是研制开发能够适用的余热锅炉系列，做到热能的高效转换。

在钢铁行业，低温余热发电技术在国内钢铁厂的应用十分成功，纯低温余热发电技术可以充分利用钢铁工业余热，目前也是国内重点发展的方向，钢铁工业纯低温烟气余热发电主要包括：钢铁烧结余热发电、炼钢电炉低温余热发电、炼钢转炉烟气余热发电。现在国内已有多家钢铁厂采用此项技术。如：武钢3×450m2烧结机环冷低温烟气余热发电项目利用280~400℃的低温烟气发电；淮钢烧结机380℃烟气的的余热发电等。

低温余热发电技术于2009年11月在国内某火法竖罐炼锌厂建成投产并获得成功，所运