2024汽电共生系统节能手册

2024汽電共生系統節能手冊汽電共生系統節能手冊一、汽电共生系统种类说明 (一)汽电共生系统简述 (二)汽电共生机组与火力发电机组比 二、汽电共生政策说明 (一)背景 (二)政策目 (三)政策沿 三、汽电共生市场状况 (一)现状 (二)汽电共生历年发展趋 (三)推广汽电共生成效 四、汽电共生系统操作特性 (一)蒸汽产生 (二)蒸汽分配及输送 (三)蒸汽后端使用(end (四)蒸汽回收 (五)蒸汽产生端、分配及输送端与回收端节能要点汇总 五、汽电共生系统节能操作要项 (一)过剩空气比控 (二)给水温度控制 (三)使用节煤器提升给水温 (四)排气温度控制 (五)主蒸汽温度控制管 (六)锅炉冲放水计 (七)冲放炉水闪化再利 (八)蒸汽及冷凝回收管线保 (九)蒸汽冷凝水回 六、节能实例研 (一)送风机与引风机增设液压连轴器 (二)锅炉冲放水连续排放及冷凝水回 (三)重油引擎废热回收利 (四)锅炉空气预热器改 (五)修改锅炉吹灰顺序，减少吹灰蒸汽用 (六)锅炉给水水质改善，减少锅炉水连续排放 (七)锅炉给水泵扬程改 (八)锅炉增设一次过热器，提升锅炉效率 (九)锅炉空气量控 (十)自公用厂引入高压蒸汽取代热媒油锅 2 汽電共生系統節能手冊汽電共生系統節能手冊汽電共生系統節能手冊汽電共生系統節能手冊—汽电共生系统种类说明(一)汽电共生系统简述汽电共生系统可同时产生蒸汽与电力，在一工业区内需大量蒸汽及电力时，可兴建汽电共生厂作为工业区内蒸汽与电力之供应者，其优点主要在于由业者自行筹建，评估工业区内实际蒸汽与电力用量，兴建符合需求之规模，节省建厂支出；就近供应蒸汽与电力予制程厂，免除能源于输送中所造成之损失；直接由蒸汽供应制程厂所需热能，热效率高可达52%以上。图1为一般发电厂与汽电共生厂系统简图。

熱效率图 一般发电厂与汽电共生熱效率 (二)汽电共生机组与火力发电机组比较效率比较表 汽电共生与火力发电机组效率比较传统火力发电机组超临界发电机组汽电共生机组热效率污染物减排效益表 汽电共生与火力发电机组代号项目二氧化碳硫氧化物硫氧化物无汽电共生系统污染排放量(吨)有汽电共生系统污染排放量(吨)C=A-污染减排量(吨污染减排比例单位减量成本*(元/吨污染减排效益(百万元总污染减排效益(百万元汽电共生系统种类汽电共生系统依提供制程能源的先后不同区分为「先发电式汽电共生系统」与「后发电式汽电共生系统」两大类。分述如下：1依经济部颁布之「汽电共生系统实施办法」合格之汽电共生系统其热效率须达52%以上，且其有效热能产出比须大于20%以上此系之规定而其他各国依其国情及热能利用状态有不同之规定，例如中国大陆则规定热效率为45%以上。 2 先发电式汽电共生系统「先发电式汽电共生系统」又称为「顶部循环汽电共生系统」(toppingcycle)。初级能源(蒸汽)先用以发电，发电后之余热，再提供制程使用，汽电共生机组如背压式汽轮发电机组、抽汽/冷凝式气轮发电机组、汽涡轮发电单循环机组、汽涡轮废热锅炉复循环机组、柴油引擎机组等均属于此种先发电式汽电共生系统。此种形式之汽电共生系统较适用于一般较低温之工业制程工厂使用。

低 蒸图 先发电式汽电共生系后发电式汽电共生系统「后发电式汽电共生系统「底部循环汽电共生系统bottomingcycle。初级能源先满足制程热能需求，再将排出之余热供发电之用，此种型式汽电共生系统适用于需要高温蒸汽之制程工厂，例如玻璃制造厂、水泥厂、冶金工厂、化工厂等。投 制锅 需

图 后发电式汽电共生系 汽电共生系统组合及能源平衡依照近年来能源局对合格汽电共生系统能源使用效率查验，主要可区分为下列型态，其能源平衡模式亦分述如后：背压式汽电共生系统表 背压式汽电共生机组之能源平背压式汽电共生机组之能源平衡 锅炉损失汽轮机及发电机损失电力输出蒸汽热能输出总投入燃料图 背压式汽电共生系 4 凝汽式汽电共生系统表 凝汽式汽电共生机组之能源平凝汽式汽电共生机组之能源平衡 锅炉损失汽轮机及发电机损失冷凝器热损电力输出蒸汽热能输出总投入燃料图 凝汽式汽电共生系 复循环式汽电共生系统表 复循环式汽电共生机组之能源平衡复循环式汽电共生机组之能源平衡 排气损失燃气涡轮(汽轮机)及发电机损失冷凝器热损电力输出蒸汽热能输出总投入燃料图 复循环式发电汽电共生系 6 柴油引擎汽电共生系统表 柴油引擎汽电共生机组之能源平衡柴油引擎汽电共生机组之能源平衡 排气损失发电机损失热回收设备损失电力输出蒸汽(热水)热能输出总投入燃料图 柴油引擎发电汽电共生系 二汽电共生政策说明(一)背景自产能源缺乏，所需能源绝大部分均仰赖国外进口，为促进能源有效利用与弥补电力供应不足，经济部于77年7月颁行「汽电共生系统推广办法以鼓励业者投资兴建汽电共生设备，迄94年底，合格汽电共生系统装置容量已达701.5万瓩，占电力系统总装置容量4,793万瓩之14.6%，成效显著。其主要原因，除政府大力推广外，主要背景有：国内能源97%以上仰赖进口。国家政策导向，对产业节能及环保要求。产业需要双重电源保障，减少营运风险。分散式电源可以增加供电系统之稳定。汽电共生系统系利用燃料或处理废弃物同时产生电力及蒸汽之系统，对提高能源使用效率分散电源提高电力供应可靠度减少污染及抑制二氧化碳排放，均有相当之效益故为世界各国主要能源政策之一尤其在2005年2月14日京都议定书生效之后，推广汽电共生系统已成为世界各国主要之能源政策之一。 8 (二)政策目标汽电共生系统对于能源使用效率之提升助益很大，不但节约能源亦可减轻环境污染，且分散式电源对减少电力输送损失及稳定电力系统均已获致良好成效。94年6月全国能源会议推广汽电共生的成效获得肯定特别明订温室气体减量政策方向，将持续推广汽电共生系统作为主要政策之一，并且明确设定目标，全国汽电共生系统装置容量将由94年的701.5万瓩，提高到109年(公元2020年)的1,000万瓩。(三)政策沿革汽电共生系统推广办法于77年7「汽电共生系统推广办法鼓励民间设置汽电共生系统，明订汽电共生系统之总热效率＞50%及有效热能产生比＞20%合乎标准者得申请为合格汽电共生系统。合格之汽电共生系统享有融资优惠、联合设置、备用电力供电及余电趸售保证等多项措施。汽电共生系统实施办法经济部推动汽电共生及民营电厂绩效显著，自91年起电力系统备用容量率首度超过15%，电力供应已较为充裕，故经济部于91年9月依据「能源管理法」授权订定「汽电共生系统实施办法，并同步废止「汽电共生系统推广办法。汽电共生实施办法之内容要点如下：取消新设机组优惠购电，并依信赖保护原则对既设机组订定优惠购电落日条款(火力、内燃机登记满15年，气涡轮、复循环10年)。因应技术提升，提高新设机组效率标准，由50%提高至52%订定新设机组售电容量不得超过装置容量之半数。增设查验机制。 其他法律规定「能源管理法」相关规定：「能源管理法」第10条：能源用户生产蒸汽达中央主管机关规定数量者，应装设汽电共生设备。能源用户装设汽电共生设备，有效热能比率及总热效率达中央主管机关规定者，得请当地综合电业收购其生产电能之余电，与提供系统维修或故障所需备用电力。当地综合电业除有正当理由，并经中央主管机关核准外，不得拒绝。前项收购余电费率、汽电共生有效热能比率与总热效率基准及查验方式之办法，及装设汽电共生之能源用户与综合电业相互并联、电能收购方式、购电与备用电力费率及收购余电义务之执行期间等事项之办法，由中央主管机关定之。「电业法」相关规定「电业法」第97条：工矿厂商、农田水利、机关学校、医院，有下列情形之一者，得置设备，专供自用：有副产物可以利用者。供生产用之蒸气可利用以发电者。电源供给绝对不能停止者。在此特别值得注意的是，政府对合格汽电共生系统有积极鼓励的政策，相对的亦有消极的处罚规定。依据能源管理法第10条，能源用户生产蒸汽达中央主管机关规定之数量者(目前规定为每小时产生100吨蒸汽以上者)应装设汽电共生设备；同法第24条也明文规定，未遵行者处以罚锾甚至停供能源之严厉处份。因此，就法律的层面看来，能源用户使用蒸汽达一定法定(数量)要件时设置汽电共生设备乃法律课以之义务进而系统达一定效率标准时，合格汽电共生系统亦享有相对权利，为其政策目的之方法。 10 三汽电共生市场状况(一)现状依据经济部能源局95年12月之统计资料，登记合格之汽电共生系统业者共有95家，合计总装置容量为716.6万瓩，其中又以石化产业使用最多，约占总装置容量44.04%。图8为历年汽电共生与全国装置容量发展趋势比较。表 汽电共生装置统行业别家数总装置容量(瓩所占比率 基本化工油气炼制 气体燃料供应汽电共生公共行政服务 注：截至94年12月止合格汽电共生系统与台电公司签订售电合约者计有63家，售电尖峰保证容量258万瓩。 (二)汽电共生历年发展趋势单位万瓩

3,477

3,8094,004

185207238265

514514544617

图 历年汽电共生与全国装置容量发展趋势比较(三)推广汽电共生成效80年因台电公司电源开发受阻，夏季备用容量率约仅5%，缺电问题严重(78至80年共限电27次)，故台电公司公告优惠价格收购合格汽电共生系统装置容量20%范围之余电，扩大鼓励汽电共生设置，以提升备用容量率及舒缓限电问题。图9为历年备用容量率与限电次数比较。备容率

(2)4.2

4.7

(4)(16)(3)777879808182838485868788899091929394图 历年备用容量率与限电次数比 12 四汽电共生系统操作特性为了解汽电共生系统各部组成及探讨系统效能之提升，可把汽电共生系统区分为：1.蒸汽产生(generation)；2.分配及输送(distribution)；3.后端使用(enduse)及回收(recovery)四类，其关连图如图10所示。图 蒸汽系统各部关连(一)蒸汽产生蒸汽由锅炉或热回收系统产生，并藉由热量转换方式，当水吸收足够热量，产生相的变化，由液态变为气态即蒸汽之生成。汽电共生系统之型式，无论属汽轮机发电、复循环发电或柴油(重油)引擎发电之汽电共生系统(如图1、12及13所示)，则与此处蒸汽产生之原理并无二致，祇是汽电共生设备除了有蒸汽之产出(steamgeneration另则有电力的产出(powergeneration这里我们所要关心的是，蒸汽产生后，须借以分配及输送(distribution)，将蒸汽送到后端使用者手上。 氣氣

有效利用蒸汽有效利用蒸汽汽輪 有效利用蒸汽汽輪 發 製程回收水及補給水 低壓蒸汽及 燃 空氣空氣

有效电能工厂爐燃料爐燃料

鍋爐鍋爐鍋

內內用電高压蒸 电 空制程回收水及补给水 低压蒸汽及图 凝汽式汽电共生系

燃 烟燃料壓縮壓縮 燃燒 汽渦輪 電 煙 冷凝空 給水加熱压缩 燃烧 汽涡轮

有效电能电 烟

廢廢回鍋爐

制程回收水及补给水图 背压式汽电共生系 14

蒸气高压蒸 电 空 低压蒸汽及 燃 烟 润滑图 柴油机发电机汽电共生系(二)蒸汽分配及输送蒸汽分配输送设置，主要系由蒸汽产生端，将蒸汽分配并输送到使用端。许多的蒸汽配输送系统，虽然蒸汽产生为同一来源，但均可藉由逐层逐级的减压站，区分为不同压力蒸汽压力等级，并分别各自设置隔离阀(isolationvalve)及调压阀。在汽电共生机组中，同一汽轮机也可以有不同等级的抽汽背压压力，其操作时除应注意汽轮机背压等之限制外，汽轮机抽汽供应生产所需之蒸汽，会先汇集于集汽柜(steamreceiver)并控制蒸汽一定质量温度及压力再由输送管线送出集汽柜的蒸汽来源，可以来自汽轮机抽汽或高压蒸汽直接减压管线，这样的规划主要功能系即使汽轮机机组异常或检修时，祇要锅炉持续运转，则仍可确保蒸汽稳定供应。另外值得注意的是，在国内大型工业园区，蒸汽能整合规划，在成本效益上优点很多，但蒸汽稳定的供应则非常关键，否则影响的层面会很大；且大型工业园区蒸汽压力等级多，例如台塑麦寮工业区有129k-6k等6种不同蒸汽压力等级，其系统会考量高压蒸汽有支援低压蒸汽之能力，采以逐级降压方式，以避免降压阀因压差大产生快速磨耗，并可增加蒸汽调度之灵活。总而言之，适当优异性能的蒸汽分配输送系统，是对于后端使用者提供了数量稳定，有一定温度压力之高质量蒸汽作指标。另外，高效能的蒸汽分配输送系统，则亦应具备有压力平衡适当、良好冷凝滴水壶(drainpot)设计、适当保温及有效压力调节设备。 (三)蒸汽后端使用(end工厂中蒸汽使用的用途很多，例如制程加热、机构驱动、中和化学反应或碳氢化合物之分馏等制程。而常见的设备，则有热交换器、汽轮机、分馏塔、干燥器、分离器及反应槽等。在热交换器中，蒸汽主要将其潜热(latentheat)等置换，并藉由却水器冷凝后，冷凝水再收集到回收系统。在汽轮机中，高温高压蒸汽在汽轮机内膨胀作功使转轴旋转，用以推动泵浦、压缩机及发电机。在分馏塔中(fractionatingtower)，蒸汽则可促进各种制程流体不同成份的分离。在去除不纯物的应用上(strippingapplication)，蒸汽则用以”拉住”污染或不纯物，使其使与原制程物分离。另外，蒸汽在许多制程反应中则为补水来源，例如甲烷炼制氢气的制程。表 产业界常用之蒸汽设备及用途 主要产业冷凝器(distillation干燥器蒸发器(processheat烷化、制程空气(水)再热锅炉转换分离(steam(steam汽轮机(steam去除器蒸发粗馏或真空单元催化裂青份分离、 16 (四)蒸汽回收蒸汽冷凝回收系统，通常会藉由冷凝收集槽将冷凝水送回原锅炉之补水系统有些设计则把补水冷凝回收槽及水质处理添加剂一并于脱氧器中进行。为确保锅炉水质稳定，从冷凝水收集槽经由泵浦加压输送到脱氧器(deaerator)中进行除氧及确保没有冷凝残留气体；接者，则是由锅炉给水泵，加压到并进入锅炉中完成循环。(五)蒸汽产生端、分配及输送端与回收端节能要点汇总表 蒸汽产生端、分配及输送端与回收端节能要点汇总观察指标 蒸汽产生锅炉最佳过剩空气量减少由烟囱排出的热损，俾使燃烧的热量能充份有效的由蒸汽所吸收。(过剩空气量通常随不同燃料有别，固体燃料1.15~1.2，液体燃料1.1~1.15，气体燃料1.05~1.1)锅炉传热元件表面清洁俾以提升热传速率安装锅炉渣排气热回收设备对排放气体之热能能尽予回收利用，例如给水省煤器、空气预热器等。改善锅炉水质处理减少连续冲放水量改善水质处理减少锅炉水中之溶解物，以减少锅炉炉水冲放量。锅炉炉水冲放之热能及水资源回收锅炉冲放水经闪汽槽后，可分为低压蒸汽及饱和水，二者都应回收利用。锅炉耐火材及保温材之维护减少直接由锅炉本体散逸出之热损。脱氧器排气率之最佳化降低蒸汽散逸损失 表 蒸汽产生端、分配及输送端与回收端节能要点汇总(续观察指标 蒸汽之分配及输送管线泄漏维修降低蒸汽泄漏损失最小蒸汽排放控制降低蒸汽泄漏损失确保蒸汽管线、阀、各管件及容器均有良好保温减少由管线或设备表面造成热损。改执行有效的却水器维护巡检计划降低蒸汽泄漏入冷凝水的情形，并确保后端蒸汽使用设备的传热效率。隔离未使用管线或设备使管线或设备表面热损降到最低。使用抽汽背压汽轮机来取代减压阀采以更有效率的方法，由高压蒸汽降至所需低压蒸汽等级。回收最佳化的冷凝水回收设计冷凝水回收可以减少补充水量，节约能源及减少处理药剂之费用。使用高压冷凝水供应低压蒸汽使用高压冷凝水闪汽后可制成低压蒸汽使用。 18 (一)过剩空气比控制过剩空气量太多造成热源排放的浪费，太少则会燃烧不完全，造成燃料浪费。以固体燃料而言，过剩空气量应控制在15~20%之间；液体燃料一般在10~15%之间；气体燃料一般在5~10%之间。一般可以用锅炉出口O2含量来确认过剩空气量控制是否洽当，以固体燃料而言应控制在2.8~3.5%之间；液体燃料控制在1.9~2.8%之间；气体燃料则控制在1~1.9%之间。可参考下图14与图15来对过剩空气量来进行调整，调整方法如后说明。 气体燃

排氣中氧氣含量排氣中氧氣含量容積 图 排气含氧量与空气比之关 氣熱損氣熱損（）

图 空气比与排气温度差对排气热损失之关过剩空气量调整范例说明：调整前：假设一燃煤锅炉检测排气含氧量为6%，对照图14之关系图，得知该锅炉燃烧时采用之空气比为1.4。锅炉排气温度为375℃，大气温度25℃，两者 20 温度差为350℃，对照表9，排气热损失为约24.5%调整后：若将空气比调整为上述建议之1.15，则排气热损失降为约21%，对照图14可得排气含氧量须控制在3%。(二)给水温度控制汽电共生系统的锅炉给水温度是用给水加热器来提升，给水加热器的热量来源则是由蒸汽涡轮机抽汽供应，一般而言大型汽电共生系统锅炉给水加热器共有四个