低温余热发电技术的特点、应用和发展趋势探讨
节能环保
270 2015年12期低温余热发电技术的特点、应用和发展趋势探讨
李金龙
中材节能股份有限公司,天津 300400
摘要：随着我国社会经济的高速发展，能源紧缺的矛盾日益突出。但我国在能源使用上又客观存在着一些不合理的现象，导致能源的大量浪费。能源的利用效率偏低，与此同时，又存在着大量工业低温余热、废气丢弃不用的普遍现象。为了开发国家新能源，解决能源紧张的问题,国家应有效回收利用原本排放到大气中的工业废气低温余热。而低温余热发电系统结构简单、设备稳定，利用压差做功回收动力，可以有效提高能源利用率。本文则阐述了低温余热发电技术的概念、特点、应用以及发展趋势，以供参考
关键词：低温余热发电技术；特点；发展趋势
中图分类号：TM617 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)12-0270-02
1 引言
能源是国家经济发展的基础，它与国家发展以及人们的生活水平息息相关。然而，伴随着国家经济的高速发展，能源消耗不断增多，能源储备越来越少，能源需求不断增加。这就要求我们提高能源的利用效率。而在我国经济发展中，低温余热的数量巨大，在水泥、钢铁、玻璃、化工等行业生产中，这些余热资源数量大，品味低，有些不能再利用的废旧烟气被大量的排放，造成环境污染的同时，也造成了能源及资源的极大浪费。低温余热发电系统的建设，可以综合利用企业生产排放的废热、废气资源，回收烟气的热量变废为宝，提高我国能源利用效率。
2 低温余热发电技术概述
2.1 低温余热发电技术概念
目前我国的工业生产企业，对150℃以上的中、高温余热利用技术已非常成熟，可用于发电或直接再利用。而对150℃以下的中温余热/废热（水、气、汽）以及90℃以下的低温余热/废热，基本采用冷却后直接排放到大气中的方法。温
度在90℃以下的低温余热普遍存在于建材、冶金、化工和轻工等工业过程中以及人们的普遍生活中，对其实现高效回收利用具有重要意义。
把低温余热所具有的热能转换为电能，是提高能源利用效率和降低环境污染的有效途径。其转换方式之一，即为近年被大家所逐渐认识的采用特殊工质的有机朗肯循环（ORC）技术。通过双螺杆膨胀机有机工质双循环发电机组实现将低温余热转化为电能的过程。
2.2 低温余热发电技术特点
低温余热发电机组单台发电功率5～500kW，高2000kW，吨水发电0.8～2kW*h （70℃～90℃），适用于钢厂、油田、火电站、化工、冶金、社区供热等不同行业的各类型生产企业，安装简便、投资成本较低、经济效益较好并具有显著的节能减排的社会效益。
2.3 低温余热发电技术的应用
对于我国大部分内陆地区的石油采油厂，除自喷采油方式外，大多数都是通过打深井到达石油开采面后，通过深井泵、螺杆泵、电潜泵、气举、水力活塞泵、射流泵等方式将油井的井液举升到地面。在这个过程中水或井液被注入深井，在深井中水或井液温度被地热加热提升至80℃或100℃以上，最高达到120℃左右，通过冷却塔或自然冷却降温后再输入井下循环利用。
在化工厂化学反映生产过程中，其反应釜会产生大量的沸腾热水，大量的水蒸汽被蒸发造成水资源浪费。可将低温水、中温水先行发电，将发电后降至60℃的热水再行降温。在很多金属冶炼过程中，其降温工序也会产生大量的沸腾热水，同样是通过冷却塔对热水进行降温后循环使用，通过本发电机组，可将其低温水、中温水先行发电，将发电后降至60℃的热水再行降温后循环使用，不但为企业带来经济效益，且有极好的社会效益及环境效益。
另外，在热电厂有大量的低温低压余热蒸汽，利用这些低品位的蒸汽来发电，可大大降低用电消耗，经济效益十分明显。在电力行业热力系统中需要许多减温减压装置，蒸汽从较高压力温度减至较低压力温度水平必然产生节流损失，如果利用螺杆膨胀机替代减温减压装置，既能够起到减温减压作用，又能够回收这部分热能并转化为高品质的电能，满足压力温度要求的排汽继续回送到热力系统中，保证系统连续运行。
3 低温余热发电技术在水泥工厂应用
水泥窑余热发电技术是直接对水泥窑在熟料煅烧过程中窑头、窑尾排放的余热废气进行回收，通过余热锅炉产生蒸汽带动汽轮发电机发电。
在新型干法水泥企业，由窑头熟料冷却机和窑尾预热器排出的350℃以下废气，其热能大约为水泥熟料烧成系统热耗量的30％，造成了巨大的能源浪费，在能源日益紧张、环境负荷不断加重的情况下，迫切需要改变这一状况，切实提高能源的综合利用效率，开发利用水泥生产过程中的废气余热资源。
纯低温余热发电技术，即是在新型干法生产线生产过程中，通过余热回收装置--余热锅炉将窑头、窑尾排出大量低品位的废气余热进行回收换热，产生过热蒸汽推动汽轮机实现热能--机械能的转换，再带动发电机发出电能，并供给水泥生产过程中的用电负荷。从而不仅大大提高了水泥生产过程中能源的利用水平，对于保护环境，提高企业的经济效益，提升产品的市场竞争力，起到了巨大的促进作用。
3.1 余热锅炉
在水泥厂低温余热发电系统中，余热锅炉是该系统的关键设备。为了适应低温的、含尘浓度高的废气（因为废气温度低就要增加换热面积，废气的含尘浓度高会带来传热性能降低，并加快余热锅炉的磨损，造成的系统可靠性降低），在余热锅炉设计过程中应着重考虑锅炉的清灰以及废气中的粉尘颗粒对锅炉受热面的冲刷磨损。从我国现有余热锅炉布置形式来看，主要分为立式、卧式两种布置方式。两种形式锅炉在传热特性、废气阻力、漏风系数、汽水循环、材料钢耗、清灰方式及占地面积上各有优缺点。具体选择哪种布置形式的锅炉需要根据场地环境及系统运行参数工况所确定。按照余热锅炉汽水介质循环方式，又分为自然循环和强制循环两种，强制循环锅炉的结构与自然循环基本相同，所不同的是在下降管中增加了循环泵，作为增强汽水循环的推动力。国内低温余热发电系统，多数采取自然循环的方式。
3.2 汽轮机
汽轮机按照热力过程可分为：
(1)凝汽式汽轮机；（2）背压式汽轮机；（3）调整抽汽式汽轮机；（4）中间再热式汽轮机。
以5000t/d规模的新型干法水泥生产企业的情况为例，可在不影响水泥生产线正常生产的前提下，配套建设装机容量9MW纯低温余热发电系统，平均发电功按9000kW计算，年发电量达到64803104kWh，扣除自用电后年供电量达到6026.43104kWh；经济效益方面，3～4年便可回收全部投资；环境效益方面分析，按2011年全国火电机组的平均供电煤耗为333g/kWh标准煤计算，年节约标准煤20067.91t，每年