低品質(zhì)余熱回收利用熱經(jīng)濟性分析

009年第9期節能(總第326期)ENERGY CONSERVATION低品質(zhì)余熱回收利用熱經(jīng)濟性分析俞啟云,胥建群(東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院,江蘇南京210096)摘要:回收低品質(zhì)余熱用于制冷,減少制冷機組所需的低壓蒸汽,節省煤量,同時(shí)自備電廠(chǎng)供熱機組供汽量減少,熱電比減小,煤耗增加,兩者的差值是余熱利用后凈節省煤量。通過(guò)計算發(fā)現,考慮余熱回收利用對自備電廠(chǎng)的影響,回收制冷機組投資成本需3a的時(shí)間,而按以往計算只需1a,其兩者數據結果偏差較大。因此,分析余熱回收利用實(shí)際問(wèn)題時(shí),需考慮多方面因素對企業(yè)的影響。關(guān)鍵詞:熱電聯(lián)產(chǎn);熱經(jīng)濟性;余熱利用;節能中圖分類(lèi)號:TM621.4文獻標識碼:A文章編號:1004-7948(2009)09-0015-04引言合理有效地使用能源是企業(yè)賴(lài)以生存和發(fā)展的生命線(xiàn),充分利用可回收能源是目前眾多企業(yè)追求發(fā)展的目標,也是響應提高能源利用效率、降低成本、提高產(chǎn)品市場(chǎng)競爭力、減少溫室氣體排放和保護環(huán)境的有效措施。在新的改革形勢和競爭機制推行過(guò)程中,企業(yè)應該積極采取有效的措施和方案,來(lái)提高企業(yè)效益,以使企業(yè)在市場(chǎng)競爭中處于有利地位。某化纖公司針對企業(yè)化工裝置較分散、低品質(zhì)圖1單抽機組熱力系統圖熱源較廣的特點(diǎn)投資相關(guān)設備回收各個(gè)化工裝置中生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)產(chǎn)生的大量廢熱。為了合理有效地利用低品質(zhì)廢熱,該公司將回收的這部分廢熱用于制冷。就目前化纖企業(yè)中自備電廠(chǎng)機組實(shí)際運行情況,余熱利用后,自備電廠(chǎng)供汽量會(huì )發(fā)生變化,將會(huì )影響供熱機組經(jīng)濟性?？紤]電廠(chǎng)經(jīng)濟性及環(huán)保效益這部分影響,企業(yè)需3年的時(shí)間才可以回收制冷機組投資成本。而以往分析投資回收經(jīng)濟性,1年即可收回成本,其兩者分析結果偏差較大。因此在分析余熱回收利用實(shí)際問(wèn)題時(shí),應該綜合考慮多方面單單因素對企業(yè)的影響,既要看到積極有利的一面,也要圖2雙抽機組熱力系統圖考慮不利因素,只有這樣才能比較正確合理地反應2溴化鋰吸收式制冷循環(huán)余熱回收利用的經(jīng)濟性。該化纖公司制冷機組為溴化鋰吸收式,所需蒸1某化纖公司供熱現狀汽由自備電廠(chǎng)的單雙抽機組提供,此制冷裝置是利目前某化纖公司自備電廠(chǎng)共有4臺供熱機組用溴化鋰水溶液具有在常溫下強烈地吸收水蒸氣,每臺機組發(fā)電能力是60M,均為抽汽凝汽機組而在高溫下又能將所吸收的水分釋放出來(lái)的特性,其中12機組型號是C0-8831.27,型式是單以及看V山中國煤化工較低的蒸發(fā)溫度缸、單抽、凝汽式汽機,3、4·機組是CC60-8.83412.47型60MW雙抽凝汽式汽輪機。單、雙抽和吸CNMH冷過(guò)程能連續不斷地進(jìn)行下去蒸發(fā)后的冷劑水蒸氣被溴化鋰溶液機組的熱力系統圖如圖1、圖2所示所吸收溶液變稀,這一過(guò)程是在吸收器中發(fā)生的,2009年第9期16ENERGY CONSERⅤ ATION總第326期然后以熱能為動(dòng)力,將溶液加熱使其水分分離出來(lái),粉塵顆粒物的排放,降低固碳、脫硫、除塵費用等。而溶液變濃,這一過(guò)程是在發(fā)生器中進(jìn)行的。發(fā)生3.1節煤量計算器中蒸汽在冷凝器中凝結成水,經(jīng)節流后再送至蒸化纖公司將回收的熱量用于制冷,文中以150發(fā)器中蒸發(fā),如此循環(huán)達到連續制冷的目的。溴化萬(wàn)kca的制冷機組來(lái)分析回收的經(jīng)濟性。制冷機鋰吸收式制冷循環(huán)的流程如圖3所示。圖4為溴化組按設計條件計算:冷卻水進(jìn)口溫度是32℃,冷卻鋰吸收式制冷流程對應的h-圖。水并聯(lián)流入冷凝器和吸收器,回收低溫熱源溫度為94℃線(xiàn)根據圖3與圖4制冷原理及流程,計算溴化鋰吸收式制冷循環(huán)各點(diǎn)的參數值如表1所示。設備熱負荷如表2所示表1溴化鋰吸收式制冷循環(huán)點(diǎn)參數值序號名稱(chēng)溫度濃度壓力焓值/c / /kPa /kg-I蒸發(fā)器出口冷劑蒸汽5.00.000.8722929.322吸收器出口稀溶液39.90.580.840275.80囟3冷凝器出口冷劑水45.00.009.582606.943′冷凝器進(jìn)口處水蒸氣8800.009.5823198.501-冷凝器;2-發(fā)生器;3-蒸發(fā)器;4-吸收器;4發(fā)生器出口處濃溶液90.00.629.582381.005-熱交換器;6-U型管;7-防晶管;8-吸收器;5發(fā)生器進(jìn)口處飽和稀溶液86.00.589.582367.00蒸發(fā)器;10-抽氣裝置;ll-發(fā)生泵;12-三通閥。6吸收器進(jìn)口飽和濃溶液4600.620.840290.00圖3溴化鋰制冷循環(huán)流程圖7熱交換器出口稀溶液74.00.589.320341.288熱交換器出口濃溶液b60.00.620.960311.009′吸收器中間溶液283.71注:溴化鋰水溶液h-6圖的焓值與水蒸氣表焓值相差418.6kJ/kg表2設備單位熱負荷計算計算結果熱負荷名稱(chēng)適用公式/kg"/發(fā)生器q=(a-1)h4+hy-ah;3433.1冷凝器2591.56,-5蒸發(fā)器q,=hr,-h32322.381744.87-5-4-加熱和發(fā)生過(guò)程;3-3-冷凝過(guò)程;吸收器q,=h1+(a-1)k3-ah23163.901-1′-蒸發(fā)過(guò)程;9-2-吸收過(guò)程液熱交換器770.002-7-稀溶液在溶液交換器的升溫過(guò)程由表2可知,150萬(wàn)ka的制冷機組可以回收4-8-濃溶液在熱交換器中的放熱過(guò)程圖4溴化鋰吸收制冷循環(huán)h-圖2579.3kW的廢熱,回收的熱量以標煤發(fā)熱值來(lái)計算,將節省煤317kg/h,按自備電廠(chǎng)提供0IMPa的3余熱回收熱經(jīng)濟性分析低壓蒸汽供給制冷機組來(lái)計算,將需5t左右的低壓回收余熱將減少自備電廠(chǎng)提供給制冷機組低壓蒸汽量。余熱利用后,節省的煤量為317kg/h,減少蒸汽對自備電廠(chǎng)而言,低壓供汽量減少,供熱量減自備電廠(chǎng)供汽量為497h。少,熱電比將減小,煤耗量將增加?；w公司需綜合低品質(zhì)廢熱回收利用,會(huì )引起機組低壓供熱負考慮自備電廠(chǎng)煤耗量增加和余熱回收利用時(shí)節省的荷變化影響機組的經(jīng)濟性。文中以雙抽機組為例煤量?jì)烧咧g的關(guān)系。分析余熱利用后,對自備電廠(chǎng)供熱機組的影響?；厥盏推焚|(zhì)廢熱給企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟性,需綜合司白夂由廠(chǎng)A≌供熱機組的年發(fā)電考慮以下因素:(1)余熱利用后,制冷機組節省煤量量為中國煤化工了000h計算,機組與自備電廠(chǎng)供汽量減少后發(fā)電機組增加的煤量,這年CNMHG年均出力工況下,兩者之間的關(guān)系;(2)投資熱水型制冷機組設備費低壓供汽量平均為50h,中壓供汽量平均為40U/h用;(3)余熱利用后將減少CO2、SO2等有害氣體及發(fā)電機組的熱耗率為9030kJ/kWh?？紤]到熱負荷2009年第9期(總第326期)ENERGY CONSERVATION17需求量經(jīng)常變化,機組實(shí)際運行并不能時(shí)刻保證按發(fā)電功率不變來(lái)分析對供熱機組的影響。雙抽機組設計工況運行,運行數據與設計數據會(huì )不相一致。少供497h低壓蒸汽量,在保證機組運行的初終為更準確合理地反應余熱回收給企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟參數和供熱需求不變的情況下,低壓抽汽量減少引效益情況,文中以雙抽機組年平均實(shí)際運行數據來(lái)起機組熱經(jīng)濟性變化,具體分析數據如表3所分析余熱回收的經(jīng)濟性。廢熱回收利用后,分別按機組主蒸汽量不變和表3定功率、定流量計算數據功率主汽流量中供汽量低供汽量給水溫度發(fā)電熱耗發(fā)電標煤耗熱化發(fā)電率燃料利用名稱(chēng)/kWh1/gkWh-1/kWh,1系數/角熱電比現場(chǎng)數據38.238.7211.969028.7349.7353.81定流量56.l8299.538.2343.7211.99110.2352.8928.6652.561.253定功率295.438.2343.7211.96352.821.279表3中數據是按照熱量法計算的,從表中的數況下,經(jīng)計算需主蒸汽流量2954/h,回收低品質(zhì)余據可以看出,供熱機組實(shí)際運行情況:主蒸汽流量為熱用于制冷,在保證初終參數和供熱需求為邊界條299.5/h,低壓供汽為48.7Uh,中壓供汽為件,少供497th的低壓蒸汽,以機組目前出力計38.23Uh,在此工況下,汽輪機組的發(fā)電功率為算,發(fā)電煤量增加170kg/h,而余熱回收裝置節煤量55.04MW為317kgh,企業(yè)凈節煤147kg/h,按余熱回收利用余熱回收利用后,低壓供汽量會(huì )減少,在保持主一年(按7000h計算),化纖公司將總共節煤1029t。蒸汽流量不變的條件下,經(jīng)熱力計算,機組出力將增3.2制冷機組投資加,發(fā)電熱耗與發(fā)電標煤耗與原來(lái)相比都有所增加利用回收裝置回收廢熱,需將公司原來(lái)的蒸汽燃料利用系數由原來(lái)的53.81%下降到52.56%,表型制冷機組更換為熱水型制冷機組,對原來(lái)制冷機明燃料能量在數量的有效利用程度上有所下降。熱組冷端設備不做更換。此時(shí)需投資購買(mǎi)熱水型制冷化發(fā)電率由原來(lái)的2893kWh/(J下降到28.66機組設備費用、機組調試和安裝費用及一些相關(guān)費kWh/GJ,表明熱功轉換過(guò)程的技術(shù)完善程度有所用。根據相關(guān)部門(mén)報價(jià),購買(mǎi)一套150萬(wàn)kcal的熱降低,機組的熱經(jīng)濟性變差水型制冷機組需150萬(wàn)元左右,機組調試、安裝費在低壓供汽量減少的情況下,自備電廠(chǎng)機組實(shí)管理費、稅費等按相關(guān)規范來(lái)核算,調試、安裝、管理際運行時(shí),一般保持機組的發(fā)電功率不變,經(jīng)熱力計費用分別取設備價(jià)格的5%、10%、3%,稅費取工程算,提供給供熱機組主蒸汽量將減少,發(fā)電熱耗與其總價(jià)的5%,同時(shí)針對化工企業(yè)生產(chǎn)裝置分散的特對應的發(fā)電標煤耗都增加,燃料利用系數由原來(lái)的點(diǎn),還需投資一些設備用于集中回收廢熱,保證制冷53.81%下降到52.82%,表明燃料能量在數量的有機組有充足的熱源。經(jīng)過(guò)核算,投資一整套制冷設效利用程度上也有所下降。熱化發(fā)電率由原來(lái)的備總共需200萬(wàn)元左右。28.93kWh/GJ下降到2879kWh/GJ,表明熱功轉3.3環(huán)保效益1換過(guò)程的技術(shù)完善程度也有所降低,機組的熱經(jīng)濟低壓蒸汽提供給制冷機組,作為動(dòng)力需消耗大性也變差。量煤。煤燃燒后煙氣中含有大量的CO2、SO2等氣通過(guò)比較定流量與定功率發(fā)現廢熱回收利用,體。余熱回收低品質(zhì)熱源,將減少熱電廠(chǎng)向外界環(huán)定功率時(shí)熱化發(fā)電率和燃料利用系數都比定流量時(shí)境排放CO2、SO2等有害氣體及粉塵顆粒物等。處變化較小,機組的熱經(jīng)濟性影響較小?？梢?jiàn),為提高理這部分煙氣熱電廠(chǎng)需要投資固碳、脫硫、除塵等一供熱機組運行經(jīng)濟性,需在保證機組運行安全的前些相關(guān)設備,以保證達到污染物排放標準。提下,盡量增加機組的供熱負荷,提高機組的熱電臨吐設設備的維護成中國煤比,提高企業(yè)效益。本、折菜化減少脫硫裝置的為了減少供汽量變化對機組的影響,縮短企業(yè)運行CNMHG熱電廠(chǎng)每年節省投資回收成本本文以保持功率不變來(lái)分析低品質(zhì)煤量1029,按煤中S的質(zhì)量百分含量為1,脫硫效余熱回收利用的經(jīng)濟性。在保證機組出力不變的情率取95%,以煤完全燃燒來(lái)計算,一年將少脫硫。:節2009年第9期ENERGY CONSERVATION(總第326期Ms2=1029×0.95x0.7×6xS(100x較大。因此,在分析廢熱回收利用時(shí),需綜合考慮多22.4)=19.51方面因素對企業(yè)的影響既要看到對企業(yè)積極有利若脫硫材料選用石灰石,以市場(chǎng)價(jià)50元/t為計的一面,也要考慮不利的因素,只有這樣才能比較正算標準每年將節約石灰石成本約1000元左右。確、合理反應回收利用的經(jīng)濟性給企業(yè)實(shí)施余熱回此外,為減緩全球氣候變暖,世界各國都在采取收方案提供合理的參考依據。有效措施減少溫室氣體CO2的排放,CO2捕捉與封4結論存是減少CO2氣體直接排放到外部環(huán)境的一門(mén)技(1)通過(guò)分析發(fā)現廢熱回收利用,不考慮供汽術(shù),已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應用到化工鋼鐵冶金等生量變化對企業(yè)自備電廠(chǎng)的影響,一年將節省標煤產(chǎn)領(lǐng)域將固碳技術(shù)應用到我國熱電廠(chǎng)將是一個(gè)必2219t,考慮供汽量對企業(yè)自備電廠(chǎng)的影響,一年只然趨勢。因此,如果再考慮固碳運行成本,按煤中節標煤1029t,其兩者計算結果偏差較大。因此,通C的質(zhì)量百分含量為60,以煤完全燃燒來(lái)計算°,過(guò)化纖公司余熱回收計算結果可以看出,在分析低年將少產(chǎn)生CO2:品質(zhì)余熱回收利用,需綜合考慮多方面因素對企業(yè)MCo=1029×1.866×44Cx/(100×224)的影響。2263t(2)化纖公司回收低品質(zhì)廢熱,提供給150萬(wàn)CO2的捕捉費以00元/t來(lái)計算,每年將節省keal制冷機組,考慮回收廢熱對自備電廠(chǎng)的影響,加成本23萬(wàn)左右,再考慮除塵費用,熱電廠(chǎng)將會(huì )有更上環(huán)保效益給公司節省的脫硫除塵費用,公司投資大的環(huán)保效益的工程費用只需花3a的時(shí)間就可以回收,再考慮到3.4回收的經(jīng)濟性固碳費用,只需2a就可以回收成本不考慮供汽減少對自備電廠(chǎng)效益的影響,分析(3)文中通過(guò)定流量與定功率方法,分析余熱低品質(zhì)熱源回收利用,可以給企業(yè)節省煤317kg/h,回收利用的經(jīng)濟性,得出不論是定功率還是定流量,年將節省煤量2219,煤炭的價(jià)格按700元/t(中機組的熱化發(fā)電率和全廠(chǎng)總效率都有所下降,機組國煤炭網(wǎng)提供的江蘇徐州三月份優(yōu)質(zhì)塊煤炭出廠(chǎng)價(jià)的經(jīng)濟性變差。同時(shí)比較定流量與定功率得出定格)來(lái)計算每年將給公司節省155萬(wàn)元,則公司投功率時(shí)機組的經(jīng)濟性下降較小。資的工程費用200萬(wàn)元只需一年多的時(shí)間就可以回(4)通過(guò)廢熱回收利用經(jīng)濟性分析,得出熱電廠(chǎng)應在保證機組安全的前提下,盡最大限度地增加考慮對自備電廠(chǎng)和環(huán)保效益的影響,利用廢熱供汽量,提高機組的熱電比,減少機組發(fā)電煤耗,提每年可以給企業(yè)節省1029t標煤,以上述煤炭?jì)r(jià)格高企業(yè)效益計算,化纖公司回收廢熱用于制冷一年將節約70萬(wàn)(5)低品質(zhì)廢熱回收利用減少排放到外界環(huán)境元左右加上環(huán)保效益給電廠(chǎng)節省的脫硫除塵費中的CO2、SO2等有害氣體及粉塵顆粒物,是一項節用,余熱利用后,則公司投資的工程費用∞00萬(wàn)元需能減排、保護環(huán)境的措施,企業(yè)應該積極推廣?；ú坏?年時(shí)間就可以回收如果再考慮固碳費用,2參考文獻年即可收回成本兩者具體的計算結果如表4所示[1]《制冷工程設計手冊》編寫(xiě)組制冷工程設計手冊[M]表4考慮自備電廠(chǎng)與不考慮自備電廠(chǎng)影響結果比較北京:中國建筑工業(yè)出版社,1978[2]林萬(wàn)超.火電廠(chǎng)熱系統節能理論[M].西安:西安交通大方法投資成本學(xué)出版社,1994/萬(wàn)元效益/萬(wàn)元周期/a[3]馬季禮電廠(chǎng)熱力系統節能分析原理[M].北京:水利電不考慮對自備電廠(chǎng)影響200力出版社,1992[4]武學(xué)素.熱電聯(lián)產(chǎn)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,考慮對自備電廠(chǎng)影響2005]孫克勤,鐘秦.火電廠(chǎng)煙氣脫硫系統設計、建造及運行按表4中不考慮自備電廠(chǎng)影響的情況分析,回工業(yè)出版社,2005收投資成本只需要1a,實(shí)際上分析廢熱利用問(wèn)題[6中國煤化工電力出版社,1986時(shí),應考慮供汽量變化對企業(yè)自備電廠(chǎng)的影響以此作者CNMH(城人,研究生研究來(lái)計算,回收投資成本需要3a?？梢钥闯?不考慮方向火電機組性能分析故障診斷和經(jīng)濟運行。對自備電廠(chǎng)的影響數據結果偏好,與實(shí)際情況偏差收稿日期:209-07-17;修回日期:2008-02