低品质余热回收利用热经济性分析

009年第9期节能(总第326期)ENERGY CONSERVATION低品质余热回收利用热经济性分析俞启云,胥建群(东南大学能源与环境学院,江苏南京210096)摘要:回收低品质余热用于制冷,减少制冷机组所需的低压蒸汽,节省煤量,同时自备电厂供热机组供汽量减少,热电比减小,煤耗增加,两者的差值是余热利用后净节省煤量。通过计算发现,考虑余热回收利用对自备电厂的影响,回收制冷机组投资成本需3a的时间,而按以往计算只需1a,其两者数据结果偏差較大。因此,分析余热回收利用实际问题时,需考虑多方面因素对企业的影响。关键词:热电联产;热经济性;余热利用;节能中图分类号:TM621.4文献标识码:A文章编号:1004-7948(2009)09-0015-04引言合理有效地使用能源是企业赖以生存和发展的生命线,充分利用可回收能源是目前众多企业追求发展的目标,也是响应提高能源利用效率、降低成本、提高产品市场竞争力、减少温室气体排放和保护环境的有效措施。在新的改革形势和竞争机制推行过程中,企业应该积极采取有效的措施和方案,来提高企业效益,以使企业在市场竞争中处于有利地位。某化纤公司针对企业化工装置较分散、低品质图1单抽机组热力系统图热源较广的特点投资相关设备回收各个化工装置中生产产品时产生的大量废热。为了合理有效地利用低品质废热,该公司将回收的这部分废热用于制冷。就目前化纤企业中自备电厂机组实际运行情况,余热利用后,自备电厂供汽量会发生变化,将会影响供热机组经济性。考虑电厂经济性及环保效益这部分影响,企业需3年的时间才可以回收制冷机组投资成本。而以往分析投资回收经济性,1年即可收回成本,其两者分析结果偏差较大。因此在分析余热回收利用实际问题时,应该综合考虑多方面单单因素对企业的影响,既要看到积极有利的一面,也要图2双抽机组热力系统图考虑不利因素,只有这样才能比较正确合理地反应2溴化锂吸收式制冷循环余热回收利用的经济性。该化纤公司制冷机组为溴化锂吸收式,所需蒸1某化纤公司供热现状汽由自备电厂的单双抽机组提供,此制冷装置是利目前某化纤公司自备电厂共有4台供热机组用溴化锂水溶液具有在常温下强烈地吸收水蒸气,每台机组发电能力是60M,均为抽汽凝汽机组而在高温下又能将所吸收的水分释放出来的特性,其中12机组型号是C0-8831.27,型式是单以及看V山中国煤化工较低的蒸发温度缸、单抽、凝汽式汽机,3、4·机组是CC60-8.83412.47型60MW双抽凝汽式汽轮机。单、双抽和吸CNMH冷过程能连续不断地进行下去蒸发后的冷剂水蒸气被溴化锂溶液机组的热力系统图如图1、图2所示所吸收溶液变稀,这一过程是在吸收器中发生的,2009年第9期16ENERGY CONSERⅤ ATION总第326期然后以热能为动力,将溶液加热使其水分分离出来,粉尘颗粒物的排放,降低固碳、脱硫、除尘费用等。而溶液变浓,这一过程是在发生器中进行的。发生3.1节煤量计算器中蒸汽在冷凝器中凝结成水,经节流后再送至蒸化纤公司将回收的热量用于制冷,文中以150发器中蒸发,如此循环达到连续制冷的目的。溴化万kca的制冷机组来分析回收的经济性。制冷机锂吸收式制冷循环的流程如图3所示。图4为溴化组按设计条件计算:冷却水进口温度是32℃,冷却锂吸收式制冷流程对应的h-图。水并联流入冷凝器和吸收器,回收低温热源温度为94℃线根据图3与图4制冷原理及流程,计算溴化锂吸收式制冷循环各点的参数值如表1所示。设备热负荷如表2所示表1溴化锂吸收式制冷循环点参数值序号名称温度浓度压力焓值/c / /kPa /kg-I蒸发器出口冷剂蒸汽5.00.000.8722929.322吸收器出口稀溶液39.90.580.840275.80囟3冷凝器出口冷剂水45.00.009.582606.943′冷凝器进口处水蒸气8800.009.5823198.501-冷凝器;2-发生器;3-蒸发器;4-吸收器;4发生器出口处浓溶液90.00.629.582381.005-热交换器;6-U型管;7-防晶管;8-吸收器;5发生器进口处饱和稀溶液86.00.589.582367.00蒸发器;10-抽气装置;ll-发生泵;12-三通阀。6吸收器进口饱和浓溶液4600.620.840290.00图3溴化锂制冷循环流程图7热交换器出口稀溶液74.00.589.320341.288热交换器出口浓溶液b60.00.620.960311.009′吸收器中间溶液283.71注:溴化锂水溶液h-6图的焓值与水蒸气表焓值相差418.6kJ/kg表2设备单位热负荷计算计算结果热负荷名称适用公式/kg"/发生器q=(a-1)h4+hy-ah;3433.1冷凝器2591.56,-5蒸发器q,=hr,-h32322.381744.87-5-4-加热和发生过程;3-3-冷凝过程;吸收器q,=h1+(a-1)k3-ah23163.901-1′-蒸发过程;9-2-吸收过程液热交换器770.002-7-稀溶液在溶液交换器的升温过程由表2可知,150万ka的制冷机组可以回收4-8-浓溶液在热交换器中的放热过程图4溴化锂吸收制冷循环h-图2579.3kW的废热,回收的热量以标煤发热值来计算,将节省煤317kg/h,按自备电厂提供0IMPa的3余热回收热经济性分析低压蒸汽供给制冷机组来计算,将需5t左右的低压回收余热将减少自备电厂提供给制冷机组低压蒸汽量。余热利用后,节省的煤量为317kg/h,减少蒸汽对自备电厂而言,低压供汽量减少,供热量减自备电厂供汽量为497h。少,热电比将减小,煤耗量将增加。化纤公司需综合低品质废热回收利用,会引起机组低压供热负考虑自备电厂煤耗量增加和余热回收利用时节省的荷变化影响机组的经济性。文中以双抽机组为例煤量两者之间的关系。分析余热利用后,对自备电厂供热机组的影响。回收低品质废热给企业带来的经济性,需综合司白夂由厂A≌供热机组的年发电考虑以下因素:(1)余热利用后,制冷机组节省煤量量为中国煤化工了000h计算,机组与自备电厂供汽量减少后发电机组增加的煤量,这年CNMHG年均出力工况下,两者之间的关系;(2)投资热水型制冷机组设备费低压供汽量平均为50h,中压供汽量平均为40U/h用;(3)余热利用后将减少CO2、SO2等有害气体及发电机组的热耗率为9030kJ/kWh。考虑到热负荷2009年第9期(总第326期)ENERGY CONSERVATION17需求量经常变化,机组实际运行并不能时刻保证按发电功率不变来分析对供热机组的影响。双抽机组设计工况运行,运行数据与设计数据会不相一致。少供497h低压蒸汽量,在保证机组运行的初终为更准确合理地反应余热回收给企业带来的经济参数和供热需求不变的情况下,低压抽汽量减少引效益情况,文中以双抽机组年平均实际运行数据来起机组热经济性变化,具体分析数据如表3所分析余热回收的经济性。废热回收利用后,分别按机组主蒸汽量不变和表3定功率、定流量计算数据功率主汽流量中供汽量低供汽量给水温度发电热耗发电标煤耗热化发电率燃料利用名称/kWh1/gkWh-1/kWh,1系数/角热电比现场数据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中数据是按照热量法计算的,从表中的数况下,经计算需主蒸汽流量2954/h,回收低品质余据可以看出,供热机组实际运行情况:主蒸汽流量为热用于制冷,在保证初终参数和供热需求为边界条299.5/h,低压供汽为48.7Uh,中压供汽为件,少供497th的低压蒸汽,以机组目前出力计38.23Uh,在此工况下,汽轮机组的发电功率为算,发电煤量增加170kg/h,而余热回收装置节煤量55.04MW为317kgh,企业净节煤147kg/h,按余热回收利用余热回收利用后,低压供汽量会减少,在保持主一年(按7000h计算),化纤公司将总共节煤1029t。蒸汽流量不变的条件下,经热力计算,机组出力将增3.2制冷机组投资加,发电热耗与发电标煤耗与原来相比都有所增加利用回收装置回收废热,需将公司原来的蒸汽燃料利用系数由原来的53.81%下降到52.56%,表型制冷机组更换为热水型制冷机组,对原来制冷机明燃料能量在数量的有效利用程度上有所下降。热组冷端设备不做更换。此时需投资购买热水型制冷化发电率由原来的2893kWh/(J下降到28.66机组设备费用、机组调试和安装费用及一些相关费kWh/GJ,表明热功转换过程的技术完善程度有所用。根据相关部门报价,购买一套150万kcal的热降低,机组的热经济性变差水型制冷机组需150万元左右,机组调试、安装费在低压供汽量减少的情况下,自备电厂机组实管理费、税费等按相关规范来核算,调试、安装、管理际运行时,一般保持机组的发电功率不变,经热力计费用分别取设备价格的5%、10%、3%,税费取工程算,提供给供热机组主蒸汽量将减少,发电热耗与其总价的5%,同时针对化工企业生产装置分散的特对应的发电标煤耗都增加,燃料利用系数由原来的点,还需投资一些设备用于集中回收废热,保证制冷53.81%下降到52.82%,表明燃料能量在数量的有机组有充足的热源。经过核算,投资一整套制冷设效利用程度上也有所下降。热化发电率由原来的备总共需200万元左右。28.93kWh/GJ下降到2879kWh/GJ,表明热功转3.3环保效益1换过程的技术完善程度也有所降低,机组的热经济低压蒸汽提供给制冷机组,作为动力需消耗大性也变差。量煤。煤燃烧后烟气中含有大量的CO2、SO2等气通过比较定流量与定功率发现废热回收利用,体。余热回收低品质热源,将减少热电厂向外界环定功率时热化发电率和燃料利用系数都比定流量时境排放CO2、SO2等有害气体及粉尘颗粒物等。处变化较小,机组的热经济性影响较小。可见,为提高理这部分烟气热电厂需要投资固碳、脱硫、除尘等一供热机组运行经济性,需在保证机组运行安全的前些相关设备,以保证达到污染物排放标准。提下,尽量增加机组的供热负荷,提高机组的热电临吐设设备的维护成中国煤比,提高企业效益。本、折菜化减少脱硫装置的为了减少供汽量变化对机组的影响,缩短企业运行CNMHG热电厂每年节省投资回收成本本文以保持功率不变来分析低品质煤量1029,按煤中S的质量百分含量为1,脱硫效余热回收利用的经济性。在保证机组出力不变的情率取95%,以煤完全燃烧来计算,一年将少脱硫。:节2009年第9期ENERGY CONSERVATION(总第326期Ms2=1029×0.95x0.7×6xS(100x较大。因此,在分析废热回收利用时,需综合考虑多22.4)=19.51方面因素对企业的影响既要看到对企业积极有利若脱硫材料选用石灰石,以市场价50元/t为计的一面,也要考虑不利的因素,只有这样才能比较正算标准每年将节约石灰石成本约1000元左右。确、合理反应回收利用的经济性给企业实施余热回此外,为减缓全球气候变暖,世界各国都在采取收方案提供合理的参考依据。有效措施减少温室气体CO2的排放,CO2捕捉与封4结论存是减少CO2气体直接排放到外部环境的一门技(1)通过分析发现废热回收利用,不考虑供汽术,已经越来越广泛地应用到化工钢铁冶金等生量变化对企业自备电厂的影响,一年将节省标煤产领域将固碳技术应用到我国热电厂将是一个必2219t,考虑供汽量对企业自备电厂的影响,一年只然趋势。因此,如果再考虑固碳运行成本,按煤中节标煤1029t,其两者计算结果偏差较大。因此,通C的质量百分含量为60,以煤完全燃烧来计算°,过化纤公司余热回收计算结果可以看出,在分析低年将少产生CO2:品质余热回收利用,需综合考虑多方面因素对企业MCo=1029×1.866×44Cx/(100×224)的影响。2263t(2)化纤公司回收低品质废热,提供给150万CO2的捕捉费以00元/t来计算,每年将节省keal制冷机组,考虑回收废热对自备电厂的影响,加成本23万左右,再考虑除尘费用,热电厂将会有更上环保效益给公司节省的脱硫除尘费用,公司投资大的环保效益的工程费用只需花3a的时间就可以回收,再考虑到3.4回收的经济性固碳费用,只需2a就可以回收成本不考虑供汽减少对自备电厂效益的影响,分析(3)文中通过定流量与定功率方法,分析余热低品质热源回收利用,可以给企业节省煤317kg/h,回收利用的经济性,得出不论是定功率还是定流量,年将节省煤量2219,煤炭的价格按700元/t(中机组的热化发电率和全厂总效率都有所下降,机组国煤炭网提供的江苏徐州三月份优质块煤炭出厂价的经济性变差。同时比较定流量与定功率得出定格)来计算每年将给公司节省155万元,则公司投功率时机组的经济性下降较小。资的工程费用200万元只需一年多的时间就可以回(4)通过废热回收利用经济性分析,得出热电厂应在保证机组安全的前提下,尽最大限度地增加考虑对自备电厂和环保效益的影响,利用废热供汽量,提高机组的热电比,减少机组发电煤耗,提每年可以给企业节省1029t标煤,以上述煤炭价格高企业效益计算,化纤公司回收废热用于制冷一年将节约70万(5)低品质废热回收利用减少排放到外界环境元左右加上环保效益给电厂节省的脱硫除尘费中的CO2、SO2等有害气体及粉尘颗粒物,是一项节用,余热利用后,则公司投资的工程费用∞00万元需能减排、保护环境的措施,企业应该积极推广。花不到3年时间就可以回收如果再考虑固碳费用,2参考文献年即可收回成本两者具体的计算结果如表4所示[1]《制冷工程设计手册》编写组制冷工程设计手册[M]表4考虑自备电厂与不考虑自备电厂影响结果比较北京:中国建筑工业出版社,1978[2]林万超.火电厂热系统节能理论[M].西安:西安交通大方法投资成本学出版社,1994/万元效益/万元周期/a[3]马季礼电厂热力系统节能分析原理[M].北京:水利电不考虑对自备电厂影响200力出版社,1992[4]武学素.热电联产[M].西安:西安交通大学出版社,考虑对自备电厂影响2005]孙克勤,钟秦.火电厂烟气脱硫系统设计、建造及运行按表4中不考虑自备电厂影响的情况分析,回工业出版社,2005收投资成本只需要1a,实际上分析废热利用问题[6中国煤化工电力出版社,1986时,应考虑供汽量变化对企业自备电厂的影响以此作者CNMH(城人,研究生研究来计算,回收投资成本需要3a。可以看出,不考虑方向火电机组性能分析故障诊断和经济运行。对自备电厂的影响数据结果偏好,与实际情况偏差收稿日期:209-07-17;修回日期:2008-02