“經標定，ORC機組凈發(fā)電量約為535千瓦，可滿足裝置總用電負荷的50%左右，可適應裝置60%~100%負荷操作彈性要求，折合節(jié)能量168萬千克標準煤/年，裝置能耗降低大約1千克標油/噸，具有顯著的節(jié)能效果和經濟效益。”對于中國石化股份有限公司(以下簡稱“中石化”)建立的第一套對汽油產品低溫熱進行回收并發(fā)電的裝置——燕山石化公司2# S Zorb裝置低溫余熱發(fā)電項目的運行效果，中石化相關技術負責人顯得格外自信。

雖然是“第一個吃螃蟹的人”，燕山石化公司2# S Zorb裝置低溫余熱發(fā)電項目從設計到投產卻十分順利，“余熱綜合利用系統(tǒng)設計能力為105萬噸/年，設計年運行時間為8400小時。2015年9月18日，蒸發(fā)器引油，并于當日一次開車并網成功。”該負責人告訴中國經濟導報記者，項目運行至今，并無類似于裝置修改、整體設備出現問題等情況出現，運行狀態(tài)十分平穩(wěn)，并且裝置檢修期間以及在預留接口的前提下不停工均可實施。

低溫熱能化身高品質電能

據了解，在低溫熱利用的各種途徑中，低溫熱發(fā)電是一種重要的能量回收形式，可以將低溫熱能直接轉化成高品質的電能。在大量低溫熱過剩，難以找到合適的回收渠道時，采用低溫熱發(fā)電是一種有效途徑。

中國經濟導報記者了解到，目前，S Zorb裝置低溫余熱發(fā)電工業(yè)化應用項目已經列入中石化科技部科技開發(fā)項目，ORC余熱發(fā)電技術將形成技術標準，并擬全面在石化系統(tǒng)內其余S Zorb裝置上推廣應用，預期的節(jié)能量能達到5500萬千克標準煤/年。

長嶺石化S Zorb裝置ORC發(fā)電機組正在調試運行;安慶石化S Zorb裝置、柴油加氫裝置ORC發(fā)電機組的詳細設計已經完成;茂名石化柴油加氫裝置ORC發(fā)電機組正在調試運行;SEI(中國石化工程建設有限公司)已實現S Zorb裝置低溫余熱工業(yè)化運行業(yè)績3套，規(guī)劃設計項目10余套……該低溫余熱發(fā)電技術推廣速度日新月異。同時中國經濟導報記者還了解到，以燕山石化公司項目為依托，SEI還承擔了中國石化集團公司2015年科技開發(fā)項目《低溫余熱發(fā)電成套技術開發(fā)及工業(yè)應用》，進一步推廣到石化行業(yè)具有類似低溫余熱資源的重整裝置、柴油加氫裝置等各種類型工藝裝置和系統(tǒng)單元，節(jié)能量達到40*104萬千克標準煤/年。

技術革新解決行業(yè)難題

那么，人們不禁要發(fā)問，究竟低溫余熱發(fā)電解決了哪些行業(yè)難題?其重要技術價值體現在哪兒?為什么要如此迅速地進行推廣?眾所周知，石化行業(yè)能源消耗量占工業(yè)總能耗的16%左右。中石化每年的燃料消耗約為4000萬噸標油，其中很大一部分是以余熱的形式散失掉。

據了解，低溫余熱主要為溫位在90~150℃的余熱資源，包括熱媒水、煙氣、低壓放散蒸汽、待冷卻的工藝物流等。在化工、水泥、冶金等眾多行業(yè)，低溫余熱資源豐富，但由于缺乏相應的技術，長期以來，除少量用于制冷、供熱外，大量低溫余熱白白浪費。在有些工藝中，甚至需要采用空冷、水冷等耗能的方式處理低溫熱。在此過程中，不但沒有節(jié)能，反而損耗了大量的其他能源。

“回收利用好這部分余熱對實現節(jié)能減排目標、降本增效和增強企業(yè)競爭力具有重大戰(zhàn)略意義。”中石化相關技術負責人表示。

S Zorb裝置是如何進行低溫余熱發(fā)電的?據介紹，以一套120萬噸/年的S Zorb裝置為例，塔底油的低溫位余熱(135~70℃)設計負荷約為7兆瓦，正常操作工況熱負荷約為5~6兆瓦，采用ORC有機朗肯循環(huán)發(fā)電，毛發(fā)電量約為600~700千瓦，系統(tǒng)循環(huán)發(fā)電效率為8%~10%，凈發(fā)電量約為500~600千瓦。

“2# S Zorb裝置的塔底油低溫位余熱(130~140/70℃)，設置了ORC有機朗肯循環(huán)發(fā)電機組。在設計工況下，ORC機組凈發(fā)電量約為540千瓦，可滿足裝置總用電負荷的50%左右。”該負責人告訴中國經濟導報記者。

應用條件受限不影響技術推廣

實際上，S Zorb裝置低溫余熱發(fā)電項目技術推廣優(yōu)勢十分明顯：其一，在無法直接利用的情況下，大多工藝低溫余熱(>100℃)都可以用于發(fā)電;其二，利用余熱發(fā)電的同時，還可以停用原物流冷卻用的空冷器和水冷器，既節(jié)電又節(jié)水;其三，余熱發(fā)電最大的優(yōu)勢是發(fā)出的電能使用不受限制，不會受熱阱條件的變化而影響裝置的正常運行;其四，余熱發(fā)電機組事故停車，對本裝置以及其他裝置的安全穩(wěn)定運行基本沒有影響。

不過，技術在案例實際應用環(huán)節(jié)也會遇到一些問題。例如，由于冬、夏季對汽油蒸汽壓要求不同，穩(wěn)定塔操作參數將會有所變化，會對發(fā)電功率有所影響。據介紹，雖然余熱綜合利用系統(tǒng)可以滿足設計發(fā)電量，但毛發(fā)電功率和自用功率均略大于設計值。

同時，該余熱發(fā)電技術有其固定的適用條件——用于發(fā)電的余熱溫位應相對較高，最好大于100℃，熱量相對集中為1~5兆瓦。對溫位低于100℃的余熱資源，中石化相關技術負責人表示，一般不建議采用余熱發(fā)電回收，可考慮余熱除鹽水、余熱制冷、罐區(qū)維溫、伴熱等利用措施。“某煉化企業(yè)熱水發(fā)電項目熱煤水70/95℃，余熱發(fā)電機組循環(huán)效率僅為5%，所以必須符合適用條件才能發(fā)揮技術的最大效益和價值。不過，條件的固定并不會影響技術的進一步推廣。”

當然，設計余熱發(fā)電系統(tǒng)也有一定的要求。比如，要對工藝裝置設計和運行有深入了解，要對各種余熱發(fā)電技術優(yōu)點和缺點全面掌握，取熱系統(tǒng)設計要安全、換熱設備安全可靠以及預防措施到位，不影響裝置安全生產(如芳烴裝置取熱系統(tǒng)泄漏對吸附劑的危害)，以及在各種情況下，低溫發(fā)電系統(tǒng)不應對工藝裝置生產負荷、平穩(wěn)運行、安全生產、產品質量有任何影響等。

據相關資料顯示，現階段我國工業(yè)余熱的回收效率只有發(fā)達國家的80%左右，因此，提高能源利用效率是目前我國節(jié)能減排的工作重點。對余熱資源巨大的煉化企業(yè)而言，S Zorb裝置低溫余熱發(fā)電技術的大型工業(yè)應用，可以充分實現能源的梯級利用，并形成擁有自主知識產權和核心競爭力的節(jié)能產品。在這種背景下，燕山石化公司2# S Zorb裝置低溫余熱發(fā)電項目無疑可為煉化企業(yè)低溫熱資源的回收利用、減少碳排放、節(jié)能降耗提供良好的借鑒和示范。