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化工裝置余熱發(fā)電技術

文檔作者：向碧英文檔來源：中國石化儀征化纖股份有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年09月08日
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化工裝置余熱發(fā)電技術
向碧英
(中國石化儀征化纖股份有限公司，江蘇儀征211400)
[摘要] 簡介余熱發(fā)電的特點和應用，分析目前石化行業(yè)中沼氣和化工尾氣或廢料焚燒發(fā)電這兩種較為典型的余熱發(fā)
電技術。
關鍵詞余熱發(fā)電技術沼氣機組內燃機汽輪機
0引言
余熱發(fā)電是將生產(chǎn)過程中多余的熱能(包括高溫廢氣
余熱、冷卻介質余熱、廢汽廢水余熱、高溫產(chǎn)品和爐渣余
熱、化學反應余熱、可燃廢氣廢液和廢料余熱以及高壓流
體余壓等)轉換為電能的技術，具有節(jié)能、環(huán)保的特點。
余熱鍋爐是余熱發(fā)電的重要設備，它利用廢氣、廢液等雜
質中的余熱或可燃質作為熱源，生產(chǎn)蒸汽用于發(fā)電。目
前，國內行業(yè)已投運或立項的余熱發(fā)電技術主要包括水泥
行業(yè)余熱發(fā)電技術，焦化行業(yè)焦爐尾氣余熱回收發(fā)電技
術，鋼鐵行業(yè)轉爐、燒結余熱發(fā)電技術，建材行業(yè)浮法玻
璃線余熱發(fā)電技術，石化行業(yè)余熱發(fā)電技術等。本文主要
介紹石化行業(yè)中兩種較為典型的余熱發(fā)電技術，即沼氣和
化工尾氣或廢料焚燒發(fā)電技術。
等。某企業(yè)水務中心沼氣電站利用生化裝置處理PTA污
水的2個厭氧反應器所產(chǎn)生的沼氣進行發(fā)電。一期工程建
設規(guī)模為2臺500GF1—1RZ型發(fā)電機組，配套余熱回收系
統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、蒸汽供出管線、進水管
線；1臺SIO—M-1250／10F電力升壓變壓器， 相應的低壓
配電系統(tǒng)、PCK1一RB／500燃氣發(fā)電機組控制屏以及TEM
微機監(jiān)控系統(tǒng)等。2臺發(fā)電機組的發(fā)電能力為85Okw／h，
預計年發(fā)電量為570萬kw ·h，余熱回收年產(chǎn)0．5MPa
的蒸汽5 760t。沼氣電站所發(fā)電在滿足生化裝置的生產(chǎn)用
電外，多余的并人電網(wǎng)。
沼氣發(fā)電技術不僅解決了沼氣工程中的環(huán)境問題，消
耗了大量廢棄物，保護了環(huán)境，減少了溫室氣體的排放，
而且產(chǎn)生了大量的熱能，符合能源循環(huán)利用的環(huán)保理念，
帶來了巨大的經(jīng)濟效益。
1沼氣發(fā)電技術 2化工尾氣或廢料焚燒發(fā)電技術
沼氣燃燒發(fā)電是隨著大型沼氣池建設和沼氣綜合利用
的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的一項集環(huán)保和節(jié)能于一體的能源綜合
利用新技術。它利用工業(yè)、農(nóng)業(yè)或城鎮(zhèn)生活中的大量有機
廢棄物，經(jīng)厭氧發(fā)酵處理產(chǎn)生沼氣，通過綜合發(fā)電裝置驅
動沼氣發(fā)電機組以產(chǎn)生電能和熱能，具有創(chuàng)效、節(jié)能、安
全和環(huán)保等特點。沼氣是一種分布廣泛且價廉的分布式能
源，除工礦企業(yè)外，還可在農(nóng)村，甚至郊區(qū)野外進行生
產(chǎn)。沼氣發(fā)電熱電聯(lián)產(chǎn)項目的熱效率，視發(fā)電設備的不同
而有較大區(qū)別：使用燃氣內燃機的熱效率在70 ～75 9／6；
使用燃氣透平和余熱鍋爐，在補燃的情況下，熱效率可達
90 9／6以上。
沼氣作為一種生產(chǎn)副產(chǎn)物，本身品質需要處理；同時
對內燃機型發(fā)電機設備本身以及供配電系統(tǒng)等也有較高要
求，內燃機組的點火器等需要經(jīng)常維護或更換。因此，為
確保發(fā)電機的正常運行，需要熟練掌握燃氣發(fā)電機組的開
停車步驟、并網(wǎng)步驟、使用維護。
一套完整的沼氣發(fā)電系統(tǒng)應包括沼氣發(fā)酵設備、沼氣
凈化設備、沼氣儲氣柜、沼氣燃燒前的處理設備、配套余
熱回收系統(tǒng)、冷卻循環(huán)系統(tǒng)、進排氣系統(tǒng)、蒸汽供出管
線、進出水管線、沼氣發(fā)電機組、供配電系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)
收稿日期：2011—10—14
作者簡介：向碧英(1972一)，工程師，從事工廠電氣自動化工作。
72l WWW．chinaet．net I電工技術
化工裝置余熱包括余熱蒸汽、余熱熱水、余熱空氣
等。余熱回收利用的途徑很多，其中，綜合利用余熱最
好，其次是直接利用，再次是間接利用(產(chǎn)生蒸汽來發(fā)
電)。根據(jù)余熱介質的不同，其合理利用順序如下：
(1)余熱蒸汽。①動力供熱聯(lián)合使用；②發(fā)電供熱聯(lián)
合使用；③生產(chǎn)工藝使用；④生活使用；⑤冷凝發(fā)電用。
(2)余熱熱水。①供生產(chǎn)工藝常年使用；②返回鍋爐
及發(fā)電使用；③ 生活用。
(3)余熱空氣。① 生產(chǎn)用； ② 暖通空調用； ③ 動力
用；④發(fā)電用。
在工業(yè)上，余熱一般優(yōu)先供生產(chǎn)自用，當有剩余時，
雖然直接利用(如暖通空調用或動力用)的效率更高，但限
于暖通空調用量小、季節(jié)變化大以及作為動力用時負荷相
對穩(wěn)定的特點，該種利用方式具有一定的局限性。實際更
多地是采用余熱發(fā)電的方式對能源進行回收利用。因此，
在化工工藝流程中，對產(chǎn)生的廢液、廢氣、廢渣廢料采取
焚燒的處理方式產(chǎn)生過熱蒸汽，并連同工藝流程中的余熱
蒸汽一道為汽輪機提供蒸汽能源來拖動發(fā)電機發(fā)電。目前，
(下轉第75頁)
模型。參數(shù)設置：E—l1 05p．U．，P 一0．8p．U．，慣性時
間常數(shù)H=4s，阻尼系數(shù)K 一44．6，內阻抗Z=0．005+
j0．1p．u．， 變壓器參數(shù)X 一0．03p．U．， 單回線路參數(shù)
Xl—O．36p．U，限流器參數(shù)XF一0．1p．u，t一2s時發(fā)生故
障。仿真結果如圖6所示。
，s
圖6 三相短路功角波形豳
由圖6可知，三相短路情況下，由于附加阻抗X八為
0，因此不接限流器時功角失去穩(wěn)定，而接人限流器后，
發(fā)電機和無窮大系統(tǒng)間的轉移阻抗不為無窮大，從而有效
保持了功角的穩(wěn)定。對于其它非對稱性故障，故障時由于
附加阻抗x 不為0，因此限流器接人與否對發(fā)電機功角
的影響與系統(tǒng)的實際參數(shù)及限流電感的參數(shù)有關。
5結束語
本文對帶旁路電感的橋式固態(tài)限流器的控制策略進行
了改進，并通過仿真驗證了該控制策略的正確性。隨后在
單機無窮大系統(tǒng)中研究了橋式固態(tài)限流器對發(fā)電機功角穩(wěn)
定的影響，即在線路首端發(fā)生最嚴重的三相短路情況下，
橋式固態(tài)限流器可以有效抑制發(fā)電機功角的失穩(wěn)，而在其
它非對稱性故障的情況下，限流器的接人對發(fā)電機功角的
影響很／J、。
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(上接第72頁)
利用余熱蒸汽進行獨立發(fā)電的技術已成熟，但在化工企
業(yè)中， 由于工藝復雜，部分余熱蒸汽是在兼顧動力驅
動、發(fā)電和蒸汽中抽三方面的條件下聯(lián)合使用的。有的
余熱電機是可逆使用的，即在裝置開車時電機作為電力
拖動電機使用，待裝置產(chǎn)生多余能量后，才作為發(fā)電機
使用。
某企業(yè)采用動力、發(fā)電、生產(chǎn)三方聯(lián)合的余熱發(fā)電工
藝，發(fā)電機、空壓機和透平汽輪機通過齒輪箱連接。其
中，發(fā)電機為QFW-15—4型同步發(fā)電機， 配有勵磁控制
柜、同期柜、TV柜和并網(wǎng)柜；空壓機為軸流壓縮機，風
量大、壓力低，排氣進入冷凝器。從界區(qū)外來的蒸汽首先
推動空壓機做功，多余的蒸汽進行發(fā)電。由于三機連軸，
因此發(fā)電機與常規(guī)汽輪發(fā)電機的控制不同，發(fā)電機的控制
包括保護控制、勵磁系統(tǒng)的調節(jié)、發(fā)電機同期并網(wǎng)，由于
蒸汽量大，選用10kV的發(fā)電機，而其對電網(wǎng)的影響、對
電力系統(tǒng)的暫態(tài)響應明顯。另外，發(fā)電機何時投勵、并
網(wǎng)、增減負荷、解列等都需要與工藝進行很好的銜接，以
實現(xiàn)產(chǎn)能的最大化。
3結束語
隨著科技的發(fā)展，企業(yè)對生產(chǎn)中余熱和能量的綜合利
用水平得以提高，這不僅降低了企業(yè)的經(jīng)營成本，提高了
能源的利用率，而且實現(xiàn)了環(huán)保。目前，余熱發(fā)電技術在
水泥、鋼鐵、玻璃等行業(yè)已得到應用，取得了一定的經(jīng)濟
效益。今后，在化工行業(yè)利用反應余熱、可燃廢氣或焚燒
廢料進行余熱發(fā)電也應得到大力提倡。單獨控制余熱發(fā)電
機是很容易的，但對于同時控制空壓機、汽輪機、發(fā)電機
甚至尾氣透平的的情況，還需要認真總結經(jīng)驗。
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