威海市某造紙企業(yè)摻燒造紙污泥熱電項目節(jié)能經(jīng)濟性分析

李華　張麗真

【摘要】以威海龍港市某造紙企業(yè)焚燒造紙污泥的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為研究對象，對其熱負荷做了計算，并以此為基礎(chǔ)進行主要設(shè)備的選型匹配。同時從標準煤耗量、年均總熱效率和成本節(jié)約三個方面對系統(tǒng)進行節(jié)能經(jīng)濟性分析。分析結(jié)果表明：鍋爐摻燒污泥，實施熱電聯(lián)產(chǎn)后系統(tǒng)年均總熱效率達到81.07%；在企業(yè)年生產(chǎn)總量不變的條件下，年節(jié)約標準煤約1829 t，很大地節(jié)約了生產(chǎn)成本。

【關(guān)鍵詞】污泥摻燒；熱電聯(lián)產(chǎn)；標準煤耗量；年均總熱效率

【中圖分類號】TK284

【文獻標識碼】A

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

1、工程實例

1.1工程概述

在國家“節(jié)能減排”理念和“十三五”規(guī)劃的指導下，山東威海龍港市某造紙企業(yè)結(jié)合企業(yè)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(yè)用汽，所有生產(chǎn)用汽要求供熱連續(xù)可靠。該熱電聯(lián)產(chǎn)工程摻燒干污泥發(fā)電，將干污泥送入循環(huán)流化床鍋爐中燃燒，生產(chǎn)蒸汽，驅(qū)動蒸汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電。利用汽輪機組的背壓排汽供熱，實現(xiàn)了熱電聯(lián)產(chǎn)。

1.2工程負荷計算

1）熱負荷計算

工程熱負荷主要是生產(chǎn)工藝熱負荷，生產(chǎn)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。

2）電負荷計算

電負荷主要是生產(chǎn)用電和生活辦公用電兩部分。

1.3 工程設(shè)備選擇

循環(huán)流化床鍋爐燃料范圍選擇性廣，技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，尤其75t/h及其以下的主要鍋爐已經(jīng)得到普及[5]。因此，根據(jù)企業(yè)的特點及項目的性質(zhì)，為保證企業(yè)生產(chǎn)正常連續(xù)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(zhì)及其參數(shù)要求，結(jié)合目前國內(nèi)背壓機組生產(chǎn)情況，選用2xB3MW中溫中壓背壓式汽輪發(fā)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。

2、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)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(chǎn)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(fā)熱量約為21000 kJ/kg，干污泥的低位發(fā)熱量范圍為5018kJ/kg。

熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)燃料的消耗量，可由下式描述，

（1）

（2）

式中

B——系統(tǒng)燃料消耗量，kg/h；

q——燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg；

q1——糠醛渣燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg；

q2——秸稈燃料的低位發(fā)熱量，kJ/kg；

——分別為鍋爐效率和管道效率，取值分別為86%和95%；

——系統(tǒng)平均總熱負荷，GJ/h；

計算得出，混合后燃料的低位發(fā)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(fā)熱量為29307 kJ/kg，通過換算得出，系統(tǒng)標準煤耗量約為4.3 t/h。

2.2熱電聯(lián)產(chǎn)總熱效率

熱電聯(lián)產(chǎn)總熱效率為輸出電、熱兩種產(chǎn)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(lián)產(chǎn)年均總熱效率可通過下面兩式計算得出。

（3）

Pa=PH （4）

式中

——系統(tǒng)年均總熱效率，%；

Pa ——系統(tǒng)全年供電量，（kW·h）/a；

——系統(tǒng)全年供熱量，GJ/a；

Ba——系統(tǒng)全年燃料消耗量，kg/a；

P ——系統(tǒng)額定發(fā)電功率，kW；

H ——發(fā)電設(shè)備年利用小時數(shù)，h；

計算得出，系統(tǒng)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(xiàn)了各主要設(shè)備容量的關(guān)聯(lián)匹配，若供熱機組的容量選擇過大，聯(lián)產(chǎn)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(wěn)定，使整個機組常年在較高熱負荷下運行。

3、熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟性分析

據(jù)初步測算，該項目達產(chǎn)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(chǎn)電力2421.02萬kWh，年供應(yīng)電力1936.82萬kWh，年供應(yīng)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(jié)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(jié)約購煤成本約128.03萬元，經(jīng)濟效益非常可觀。

結(jié)論：

本文結(jié)合實際工程，對工程從標準煤耗量、年均總熱效率和成本節(jié)約三個方面對熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)做了節(jié)能經(jīng)濟性分析，得出了摻燒干污泥發(fā)電的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能經(jīng)濟性。本文還分析了該工程節(jié)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(wěn)定、以摻燒造紙干污泥來節(jié)約一次能源。分析結(jié)果顯示：該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能性明顯優(yōu)于中小型純凝式機組的，實施聯(lián)產(chǎn)后全廠總熱效率達81.07%；系統(tǒng)年節(jié)約標準煤量約1829 t/a，企業(yè)年生產(chǎn)成本大幅降低，每年節(jié)約成本約128.03萬元，經(jīng)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(huán)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(shù)試驗研究[J].燃燒科學與技術(shù)，2000，6（1）：15-18.

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

[5]鐘史明，劉龍海.大中型熱電聯(lián)產(chǎn)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(shù)，2008，3

作者簡介：

李華（1982—），女（漢族），山東青島人，工程師，碩士，主要從事熱電廠的設(shè)計、熱電廠熱能綜合利用方面的研究。