威海市某造紙企業摻燒造紙污泥熱電項目節能經濟性分析

文/李華、張麗真　山東省環能設計院股份有限公司　山東濟南　250101

隨著煤、石油等不可再生資源的日益緊缺和環境壓力的日益增大，節能減排和廢物再利用越來越受到人們的重視。隨著造紙業的發展，污泥的處理是一個迫切需要解決的問題。焚燒污泥發電，日益受到重視，是最實用的污泥處理技術之一【1-4】。

1、工程實例

1.1　工程概述

在國家“節能減排”理念和“十三五”規劃的指導下，山東威海龍港市某造紙企業結合企業自身的具體情況，投資興建了配套的自備熱電廠，其主要熱用戶是工業用汽，所有生產用汽要求供熱連續可靠。該熱電聯產工程摻燒干污泥發電，將干污泥送入循環流化床鍋爐中燃燒，生產蒸汽，驅動蒸汽輪機帶動發電機發電。利用汽輪機組的背壓排汽供熱，實現了熱電聯產。

1.2　工程負荷計算

1）熱負荷計算

工程熱負荷主要是生產工藝熱負荷，生產工藝熱負荷主要是造紙車間用汽。一天按24h計算；一年按356天計算。具體熱負荷如表1所示。

表1　生產工藝熱負荷表

2）電負荷計算

電負荷主要是生產用電和生活辦公用電兩部分。

1.3　工程設備選擇

循環流化床鍋爐燃料范圍選擇性廣，技術已經日趨成熟，尤其75t/h及其以下的主要鍋爐已經得到普及[5]。因此，根據企業的特點及項目的性質，為保證企業生產正常連續進行，鍋爐與汽輪機都是一用一備配置。由熱電平衡、熱負荷性質及其參數要求，結合目前國內背壓機組生產情況，選用2xB3MW中溫中壓背壓式汽輪發電機組（一用一備），與2x40t/h中溫中壓流化床鍋爐（一用一備）相匹配。所選主要設備性能參數如表2所示。

表2　主要設備性能參數表

2、熱電聯產系統節能性分析

2.1　燃料特性及消耗量

本工程以燃燒煤為主，摻燒造紙產生的干污泥，每天摻燒干污泥30t，干污泥占比為17.24%。煤的低位發熱量約為21000 kJ/kg，干污泥的低位發熱量范圍為5018kJ/kg。

熱電聯產系統燃料的消耗量，可由下式描述，

式中

B——系統燃料消耗量，kg/h；

q——燃料的低位發熱量，kJ/kg；

q1——糠醛渣燃料的低位發熱量，kJ/kg；

q2——秸稈燃料的低位發熱量，kJ/kg；

計算得出，混合后燃料的低位發熱量按18245 kJ/kg,燃料原煤的消耗量約為6.0 t/h。而標準煤的低位發熱量為29307 kJ/kg，通過換算得出，系統標準煤耗量約為4.3 t/h。

2.2　熱電聯產總熱效率

熱電聯產總熱效率為輸出電、熱兩種產品的總能量與輸入能量之比，是熱電廠綜合評價的總指標之一。該工程熱電聯產年均總熱效率可通過下面兩式計算得出。

式中

Pa——系統全年供電量，（kW·h）/a；

Ba——系統全年燃料消耗量，kg/a；

P ——系統額定發電功率，kW；

H ——發電設備年利用小時數，h；

計算得出，系統年均總熱效率為81.07%。這主要是由以下幾方面引起的。首先，按照熱負荷需求進行了機組選型，實現了各主要設備容量的關聯匹配，若供熱機組的容量選擇過大，聯產機組就會長期處于低負荷運行，效率將會降低；其次，熱負荷常年較穩定，使整個機組常年在較高熱負荷下運行。

3、熱電聯產系統經濟性分析

據初步測算，該項目達產后年均消耗標準煤4.3萬噸，每年焚燒干污泥1.068萬噸，年生產電力2421.02萬kWh，年供應電力1936.82萬kWh，年供應熱力89.5萬GJ。該工程摻燒干污泥來代替部分燃煤，則其每年可節約標準煤約1829t/a。若每噸標準煤運到廠按700元/t 計算，每年可節約購煤成本約128.03萬元，經濟效益非常可觀。

結論：

本文結合實際工程，對工程從標準煤耗量、年均總熱效率和成本節約三個方面對熱電聯產系統做了節能經濟性分析，得出了摻燒干污泥發電的熱電聯產系統的節能經濟性。本文還分析了該工程節能的三個主要原因：熱負荷確定合理、盡量保證熱負荷較高且較穩定、以摻燒造紙干污泥來節約一次能源。分析結果顯示：該熱電聯產系統的節能性明顯優于中小型純凝式機組的，實施聯產后全廠總熱效率達81.07%；系統年節約標準煤量約1829 t/a，企業年生產成本大幅降低，每年節約成本約128.03萬元，經濟效益非常可觀。

參考文獻：

[1]鄒道安，黃瑾，白海龍，等.污泥熱干化和燃燒特性試驗研究[J].環境污染與防治，2012，34（4）:5-10.

[2]姬鵬，韓向新，姜秀民.干化污泥燃燒特性的研究[J].熱能動力工程，2009，24（4），533-537.

[3]陳曉平，趙長遂，蘭計香.造紙污泥流化床焚燒技術試驗研究[J].燃燒科學與技術，2000，6（1）：15-18.

[4]吳越，時劍，童紅.應用循環流化床鍋爐摻燒城市污泥的技術研究[J].環境保護科學，2009，35（5）：35-37.

[5]鐘史明，劉龍海.大中型熱電聯產機組與背壓機組匹配抽凝機組選型方案的建議[J].熱電技術，2008，3