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5万吨甲醛装置废气余热资源的发电研究 江苏凯茂石化科技有限公司 李洪伟 天津电气传动设计研究所 吴 昊 在《新编甲醛生产》书中P.500-511页，已对年产6万吨的甲醛装置进行了物料和热能衡算。本文的甲醛生产工艺基础数据由山东荷泽春润化工有限公司、吉林森工通化胶粘剂分公司、山东济南圣泉集团股份有限公司提供。 企业用电、节电与发电，关键是节电和能源再利用。每发电1kwh，可减排CO2约0.9kg。 本文以5万吨的甲醛装置为例展开的节能减排技术改造能耗计算与余热利用应用计算，并对我国现有低品位能源利用设备进行了广泛调研。在此感谢厦门高谱科技有限公司、无锡市鑫福压缩机设备有限公司、江西华电电力有限责任公司、上海齐耀动力技术有限公司、南通宝驹气体发动机有限公司的技术支持。 一、能量转换发电原理 利用热能、位能势能动能、机械能、电子能等做功转换成电能过程称发电。 1、热能发电 1.1使用煤炭在锅炉燃烧产生高压过热蒸汽，驱动汽轮机联动发电机的热电厂，平均燃烧327g的标准煤可发电1kwh，采取高效锅炉和烟道气余热回收节能运行的热电厂，耗煤仅170g/kwh。 按汽轮机进气方式分类，有超临界汽轮机22.2MPa（535-565℃）、亚临界汽轮机16-18MPa（535-565℃）、超高压汽轮机12-14MPa（535℃）、高压汽轮机9MPa（500℃）、次高压汽轮机5MPa（435-460℃）、中压汽轮机3.4MPa（435℃）、低压汽轮机1.5MPa（340℃）。 1.2 汽柴油机、燃气机发电是一种燃料在内燃机通过汽缸活塞做功,经连接曲轴驱动发电机的一种。各种燃料发电消耗见下表1: 表1. 常见燃料发电机消耗指标一览表 单位： /kWh 柴油 汽油 天然气 液化气 沼气 燃料消耗 0.32L 0.36kg 0.6 m3 0.33 m3 0.75 m3 1.3低品位余热能源发电 低压饱和蒸汽属低品质热源，迄今为止还没有一台标准的蒸汽机可以利用0.4MPa的饱和蒸汽能发电。1999年笔者曾与哈尔滨、杭州汽轮机厂联系150kw的汽轮发电机组情况，答复是汽轮发电机最小功率1000kW，而且需要满足1.5MPa蒸汽压。如果研发小功率汽轮发电机，前期需要投入500万元，还不能保证研究成功。 江西华电电力有限责任公司经过30年的两代热动专家努力，独家研制成功0.2MPa饱和蒸汽螺杆膨胀动力驱动的发电机组，现已成功应用上百家企业。SEPG系列螺杆动力机覆盖了单机100∽3000kw发电功率的机组。2009年国家发改委确认螺杆膨胀发电机为“重大产业技术专项”，2010年全国螺杆膨胀发电机标准化技术委员会秘书处由该单位承担，目前总投资近50亿元的螺杆膨胀发电机产业基地已在新余市高新技术产业园落成。 随着石油能源危机的出现，人类不断在寻找新型能源。同时也在关注低品位能源的利用研究。 其中沼气就是一种含40∽60%浓度甲烷的新能源，目前各柴油发电机厂家已经开发上市有多燃料发电机，既可用油也能用燃气的发电机组。 每吨甲醛尾气有582m2，N2氮气占了主要成分，尾气中可燃成分含H2氢气19-21%，其它CO、CH4、CH3HO、CH2O约1%，属低品位能源。 早年，重庆大方合成化工厂利用改进过的柴油发电机试验了尾气发电情况，取得了一定的基础数据，问题是发动机缸体易产生积碳。2012年河北省石家庄一家甲醛企业，应用燃气发电机尾气发电，但出现“爆噼声”而停用。 笔者跟踪上海711研究所燃气事业部从事的外燃式动力机6年，2012年用氢气燃烧获得了发电机组宝贵数据，不久甲醛尾气就可以直接接入这种机组发电，其效率远远高于其它类型动力发电机。这种外燃式动力机是斯特林结构的发动机，燃烧室很大，常压燃烧，运行寿命长，免维护。尺寸2620×1398×1647，重量2.2t，运行噪音75dB（A），单机功率50kW，同时产55℃热水1.5t/h，总能效η≥85% 。 2011年4R90GZ 外燃式热电联供机荣获“中国分布式能源创新奖”，该事业部对外为上海齐耀动力技术有限公司，位于上海市张江高科牛顿路400号，由中船重工711研究所控股。 2、位能势能动能发电 水力发电是利用高低水位的落差动能，驱动水轮机联动发电机，水电厂一般的单机容量为几百∽几千kw，可以利用水流落差来建设梯级电站。江西省丰新县的老愚公水电厂就有1∽4级电站，每级电站可以装多台水力发电机组。 3、机械能发电 风力发电机、压电陶瓷片发电。 风力转化为机械力驱动的发电机，到达2级风时（风速2m/s），风力发电机就有了电力输出。达到5级