未来余热发电技术发展探析

摘要：本文阐述了余热发电市场前景，分析了余热发电存在困难，介绍了未来余热发电项目管理模式。

关键词：未来；余热发电技术；发展；探析

中图分类号：TU7文献标识码：A 文章编号：

在水泥、硅铁冶炼以及电解铝炭素行业中建设中温中压或纯低温余热发电系统,可以充分回收利用生产过程中产生的废气余热资源,不但可以实现发电或热电联供,还可以减少生产过程排入大气环境中的的废热、粉尘等污染物。所以，大力发展中温中压或纯低温余热发电项目已经成为目前我国水泥、硅铁冶炼以及电解铝炭素行业中节能减排、增效降耗、扭转经济危机的有效途径。

1 余热发电市场前景

节能减排是我国乃至全球的一项长期战略，余热发电行业的发展对于国家实现节能减排的目标有着显著作用，具有良好的经济效益和社会效益，属于国家鼓励发展的行业。近年来，我国传统产业的工艺技术装备水平已经大幅提升，要实现这一目标只能从现有的装备节能中寻求突破。在工业节能中，潜力最大的方式是余热余压的利用。

余热发电是利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术，不仅节能，还有利于环境保护。余热发电的重要设备是余热锅炉、汽轮发电机组等。它利用废气、废液等工质中的热或可燃质作热源，生产蒸汽用于发电。由于工质成份复杂、温度不高，故锅炉体积大，耗用金属多。用于发电的余热主要有：高温烟气余热，化学反应余热，废气、废液余热，低温余热（低于200℃）等。此外，还有用多余压差发电的，例如，高炉煤气在炉顶压力较高，可先经膨胀汽轮发电机发电后再送煤气用户使用。

遍布于全国各地的水泥、冶炼和电解铝炭素厂里，究竟有多少余热资源可以利用？截至2010年，水泥、硅铁、炭素、钢铁、玻璃、合成氨、烧碱、电石、硫酸九个工业行业余热发电装机总容量近1200万千瓦，到“十二五”末，这九个工业行业余热发电装机总量将达到2600万千瓦以上，将超过三峡电站，相当于现有核电装机总容量的2.4倍。如果按照每千瓦造价5000元计算， 2600万的装机规模相当于将形成1300亿元的投资。

在工信部制定的《工业节能“十二五”规划》中，提出工业节能总体目标是“到2015年，规模以上工业增加值能耗比2010年下降21%左右，“十二五”期间预计实现节能量6.7亿吨标准煤”，在行业目标上，提出了“到2015年，钢铁、有色金属、石化、化工、建材、机械、轻工、纺织、电子信息等重点行业单位工业增加值能耗分别比2010年下降18%、18%、18%、20%、20%、22%、20%、20%、18%”。从目前情况来看，生产过程中的节能改造空间已经不大，企业单位产品能耗已经处于较低位置；但是我国余热余压资源利用率低，剩余可回收率潜力接近50%。

“十二五”期间，国内尚有4亿吨左右的熟料生产能力需要淘汰，需建设近300条新型干法生产线实现等量淘汰。另仍需新建约70条左右新型干法熟料生产线，预计到2015年，国内尤其水泥行业余热电站工程的需求将达到908条。

目前，余热发电项目毛利率在60%以上，净利润在30%-40%之间，内部收益率在15%-25%之间，投资回报期为4-6年。由于余热发电投资较大，各个企业无力承担高额投资，但项目经济效益显著，所以目前，余热发电投资除了大的集团公司独立投资以外，还采用EMC（合同能源管理）业务模式，其实质就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式，即节能服务公司与用户签订能源管理合同，为用户提供节能诊断、融资、改造等服务，并以节能效益分享方式回收投资和获得合理利润，可以大大降低用能单位节能改造的资金和技术风险，充分调动用能单位节能改造的积极性，是行之有效的节能措施。该模式较工程总承包（EPC）模式更具持续稳定的盈利现金流回报。

项目案例一：某水泥厂5000t/d水泥熟料干法生产线配套纯低温余热发电系统，年运行时间7000h，年发电量5411×104kWh，年供电量4924×104kWh， 按大型火电厂发电效率为0.383kg标准煤/kWh计算，年节约标准煤18859t，每年减少CO2排放量47148t，计算吨熟料发电量33.7 kWh。项目投产后，取得良好的经济效益，全投资财务内部收益率19.57%，全部贷款偿还期仅为投产后3.83年，所以项目经济效益显著。

项目案例二：某公司实施的20万吨硅系铁合金冶炼用矿热炉烟气余热发电项目，投资1.71亿元建设安装8台13吨余热锅炉和配套发电机组，装机容量24000KW，设计年发电量1.92亿千瓦时。项目建成后可降低电耗1000KWH/吨，折合标准煤77568吨，减少二氧化碳排放19.34万吨。该项目设计思想是通过余热回收装置，将生产过程中产生的高温及辐射热量进行二次利用，在低压锅炉内产生锅炉蒸汽，从而推动发电设备进行余热发电，该矿热炉冶炼烟气余热发电项目填补了我国冶炼用矿热炉烟气余热发电技术空白，也在联合国CDM理事会成功注册，这是我国首个在联合国CDM理事会成功注册的余热发电项目，是铁合金行业内的第一家成功注册的清洁生产项目。

2 余热发电存在困难

尽管余热发电呈现的前景广阔，但此行业存在的困难仍然不能忽视。

2.1 锅炉设备腐蚀问题

由于余热发电利用烟气、废液等工质中的热或可燃质作热源，通过锅炉设备产生发电用的蒸汽，而这些工质中的成份非常复杂，尤其是烟气含量中的硫危害最严重，烟气进入余热锅炉后，在高温情况下，烟气中的SO2或者SO3气体不会或者轻微对金属造成腐蚀．当烟气进入省煤器后，由于省煤器区域温度较低，SO3与烟气中的水气结合生成硫酸蒸汽，随着烟气的流动和管壁温度的进一步降低，当管壁温度降至硫酸蒸汽的露点温度时，硫酸蒸汽逐渐凝结在管壁，并开始腐蚀管壁，即低温腐蚀。低温腐蚀发生后，硫酸蒸汽不断在省煤器管壁凝结，并腐蚀管壁形成FeSO4，FeSO4具有吸潮性，吸收烟气中的水蒸气生成FeSO4·H O．低温腐蚀形成的腐蚀层容易脱落，而烟气的冲刷使得管壁的腐蚀层脱落并在其上形成新的腐蚀层，在长时间运行过程中，由于低温腐蚀的原因，管壁不断减薄，严重时会造成爆管。解决低温腐蚀的途径：一是采用耐腐蚀的不锈钢材质；二是减少烟气中的硫含量成份；三是提高锅炉给水温度；四是优化省煤器的布局；五是加强锅炉运行维护的质量。

2.2上网问题非常突出

从理论上讲，余热发电是将工业多余的热量用来发电，所产生的电量首先用于企业自用电，富裕电量再卖给电网。但在实际操作中，卖电给电网目前来说十分困难。不仅如此，即便是企业使用自己的余热电力，因为仍需要大电网作为后备电源，因此也必须向电网缴纳一定数额的接入费和备用费，其实，并网技术不是问题，关键是触及到了电网的利益。由于余热发电的核心就是将节省出来的电源自用，而在目前输配尚未分开的情况下，电网的盈利模式是从电网低价趸电，然后高价卖给企业用户。上马的余热发电项目越多，对于电网的收益越是不利。再加之并网运行的管理制度、收费标准等有欠规范，各地在并网政策的执行上也不一致，导致余热发电并网问题始终未能妥善解决。

2.3 目前余热发电行业缺乏资金

余热发电项目投资回收期一般在3-5年，考虑到政府的节能奖励，投资回收期一般还可缩短3-6个月。但由于项目初始投资额较大，一般几千万甚至上亿元，庞大的一次性投资对余热发电推广形成一定阻力。发改委建议，应支持从事余热利用的企业发行企业债和中小企业集合债，鼓励相关企业上市融资，鼓励金融机构定向加大对余热发电项目的信贷投入，引导各类创投资金或股权投资企业以及国际援助资金，增加对余热资源利用领域的投入。中央和地方财政还应鼓励担保机构加大对中小企业余热利用项目贷款的增信支持。

3 未来余热发电项目管理模式

目前，我国从事余热发电的公司主要有以下几类：一类是隶属于大型集团的余热发电工程公司，主要以服务本集团内的企业为主，如水泥企业的余热发电公司、中国铝业集团所属企业各余热发电部门以及钢铁、硅铁行业的余热发电单位。另一类则是专业的余热发电节能服务公司，这其中又可细分为两类：一类是以EPC为主或基建带运营技术的余热发电服务公司，例如琉璃河公司或者具备安装调试资质的火电建设公司，再有一类则是以EMC业务模式为主的公司，如天壕节能科技公司。

国内由于企业性质不同，余热发电项目管理方式也略有不同，民营企业的余热发电项目管理更加灵活多样，不拘所限。而对于专业的余热发电服务公司，由于EMC模式超越了简单的工程总包（EPC）模式，可以与企业长期分享电价收益，能减轻企业的投资、成本、运营风险，也更加符合企业专业化管理的要求。

专业的余热发电服务公司在合同能源管理项目（采用EMC方式）上运用自身技术、运营管理方面的优势，投资、设计、建设并运营余热电站, 与企业分享节能效益，在客户选择、合作年限、盈利分成、定价方式等方面，具有鲜明的自身特点，能够为自己提供持续、稳定、丰厚的现金流入，当然企业也能受益，是双赢的模式，所以，EMC合同能源管理模式将成为余热发电的主流。

4 结束语

余热资源目前潜能巨大，也是国家“十二五”规划重点投资项目，是我国乃至全球的一项长期战略，而且投资回报期短，所以余热发电市场发展前景广阔。当然，对于目前存在的锅炉设备问题、并网困难和投资大的问题应尽快解决，再通过先进、成熟的项目管理，余热发电必将为我国工业节能减排做出应有贡献。

参考文献：

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