小型發(fā)電設備開展余熱廢氣利用的技術分析

　　 隨著化石能源消耗殆盡，支撐世界經(jīng)濟高速發(fā)展的能源供應日益緊張，能源不合理利用引發(fā)的環(huán)境問題也愈加嚴重，能源危機和環(huán)境污染已成為制約全球經(jīng)濟發(fā)展和困擾人類生活的導火索。我國是能源生產(chǎn)和能源消費大國，經(jīng)濟發(fā)展依賴于能源。在能源問題日益嚴峻的新形勢下，節(jié)約資源與環(huán)境保護對能源的高效利用提出了更高要求。因此，改變能源傳統(tǒng)利用技術，提高能源利用效率對我國經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護具有重要意義。

　　能源利用效率低已成為我國能源供需緊張的重要原因之一。我國每噸標準煤的產(chǎn)出效率僅相當于日本的10.3％、美國的28.6％。在工業(yè)用能中，有近60~65%的能源轉化成為余熱資源，若對其合理利用可大幅提高能源利用效率。目前美國是余熱利用最多的國家，利用率達60%，歐洲的利用率是50%，我國只有30%。所以，我國在余熱余能利用領域仍有很大的發(fā)展空間。我國余熱余能利用主要以余熱鍋爐匹配汽輪機所組成的汽輪機發(fā)電系統(tǒng)為主。雖然這種技術已在鋼鐵、冶金等含有中高溫廢熱蒸汽的行業(yè)得到了應用，但在中低溫余熱廢氣資源領域利用尚不廣泛。由往復式內(nèi)燃機和螺桿膨脹機兩種關鍵設備為基礎的余熱廢氣利用系統(tǒng)，逐漸以適用范圍廣、靈活性強、性價比高等技術特點被市場所認可，成為低溫余熱廢氣利用的重要途徑。

　　1、往復式內(nèi)燃機組廢氣利用技術

　　在工業(yè)廢氣中，受氣源質(zhì)量、可利用規(guī)模、設備造價等多方面因素制約，煤層氣（地面鉆井開采的煤層氣、煤礦抽放瓦斯）、焦爐煤氣、冶煉尾氣（煉鐵高爐煤氣和煉鋼轉爐煤氣）、低濃度瓦斯、油田伴生氣的回收利用”、“高爐和轉爐煤氣回收發(fā)電”、“低溫余熱發(fā)電”等余熱余能發(fā)電技術?？梢姡?ldquo;十二五”時期大力發(fā)展余熱余能發(fā)電技術將對解決日益嚴峻的節(jié)能減排目標大有裨益。因此，有必要開展低溫余熱廢氣利用技術研究，廣泛調(diào)研應用案例，積累豐富實踐經(jīng)驗，為進一步提高設備可靠性、技術穩(wěn)定性及推廣應用奠定基礎。

　　關鍵詞：小型發(fā)電設備 余熱廢氣利用 技術分析沼氣、秸稈氣、炭黑氣、煉化尾氣、油母頁巖氣以及無法外輸?shù)氖桶樯鷼獾瓤扇紡U氣并不適合燃氣輪機和蒸汽輪機利用，而往復式內(nèi)燃機組發(fā)電系統(tǒng)恰好可以充分加以利用，變廢為寶。

　　1.1 技術原理

　　往復式內(nèi)燃機組發(fā)電系統(tǒng)主要是利用往復式內(nèi)燃機拖動發(fā)電機發(fā)電，匹配余熱鍋爐構成燃氣電站，實現(xiàn)制熱、制冷的廢氣利用技術。總體上可分為燃氣電站制熱廢氣利用系統(tǒng)和燃氣電站制冷廢氣利用系統(tǒng)。

　?。?）燃氣電站制熱廢氣利用系統(tǒng)

　　將可燃廢氣通入往復式內(nèi)燃機（燃氣發(fā)動機），燃燒做功帶動發(fā)電機發(fā)電，產(chǎn)生的煙氣（約600℃）進入余熱鍋爐，同時流過燃氣發(fā)動機本體的冷卻水（約90℃）通過熱交換器將熱量傳遞給余熱管路。水通過熱交換器換熱再進入余熱鍋爐加熱，產(chǎn)生高溫熱水或蒸汽。蒸汽可用作工業(yè)生產(chǎn)，熱水可用作供暖和生活用熱水。這種技術實現(xiàn)了熱電聯(lián)產(chǎn)，既可以發(fā)電，又可以供熱。（見圖1）

　　圖1 典型燃氣電站制熱系統(tǒng)工作原理圖

　　（2）燃氣電站制冷廢氣利用系統(tǒng)

　　將可燃廢氣通入燃氣發(fā)動機，燃燒做功帶動發(fā)電機發(fā)電，產(chǎn)生的煙氣（約600℃）進入余熱鍋爐。水通過發(fā)動機本體換熱器再進入余熱溴化鋰制冷機組，產(chǎn)生低溫水和較高溫水。低溫水可用作空調(diào)制冷，較高溫水可用作生活用熱水。這種技術實現(xiàn)了熱電冷聯(lián)產(chǎn)，既可以發(fā)電，又可以供熱和供冷。（見圖2）

　　圖2 典型燃氣電站制冷系統(tǒng)工作原理圖

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