有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)中低溫余熱發(fā)電技術(shù)

1、余熱回收再利用技術(shù),寧波市能源檢測(cè)有限公司,有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán) 中低溫余熱發(fā)電技術(shù),技術(shù)應(yīng)用背景介紹 有機(jī)朗肯循環(huán)介紹 有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電原理 膨脹機(jī)簡(jiǎn)介及技術(shù)特點(diǎn) 有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng) 經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益 總結(jié),技術(shù)應(yīng)用背景,余熱余壓利用工程是我國(guó)節(jié)能中長(zhǎng)期發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃中的十大重點(diǎn)節(jié)能工程之一。目前在我國(guó)工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中存在大量的低溫余熱資源（250以下，低壓或常壓），由于缺乏有效的技術(shù)手段而沒有得到充分利用，傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)的工作參數(shù)大多為高參數(shù)、大容量，無法利用這部分較為分散但總量巨大的能源。而利用有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)，開發(fā)新型、高效的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，對(duì)于提高我國(guó)能源利用率、節(jié)能減

2、排，保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。,有機(jī)朗肯循環(huán)介紹,有機(jī)朗肯循環(huán)介紹,有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle，簡(jiǎn)稱ORC)是以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，主要由余熱鍋爐(或換熱器)、透平、冷凝器和工質(zhì)泵四大部套組成，其工作原理如圖所示。,有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電原理,采用有機(jī)工質(zhì)作為熱力循環(huán)的工質(zhì)與低溫余熱介質(zhì)換熱，有機(jī)工質(zhì)吸熱后產(chǎn)生高壓蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)或其他膨脹動(dòng)力機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。因此，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)余熱回收和發(fā)電的最低余熱資源溫度可到80，這是常規(guī)發(fā)電技術(shù)不能做到的（常規(guī)發(fā)電要求熱源溫度在370以上），從而拓寬了可以回收發(fā)電的余熱資源范圍，為建材、冶金、化工等行業(yè)的低溫余熱

3、資源回收提供了技術(shù)手段和設(shè)備。同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)還可以推廣到可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中，（如地?zé)?、太陽能和生物質(zhì)能）為可再生能源發(fā)電提供關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備。,有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電原理,有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電原理,有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán) ,即在傳統(tǒng)朗肯循環(huán)中采用有機(jī)工質(zhì)代替水推動(dòng)渦輪機(jī)做功。上圖為有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)示意圖。低壓液態(tài)有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過工質(zhì)泵增壓后進(jìn)入預(yù)熱器、蒸發(fā)器吸收熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏赫魵庵?,高溫高壓有機(jī)工質(zhì)蒸氣推動(dòng)渦輪機(jī)做功,產(chǎn)生能量輸出，渦輪機(jī)出口的低壓蒸氣進(jìn)入冷凝器 ,向低溫?zé)嵩捶艧岵⒗淠秊橐簯B(tài),如此往復(fù)循環(huán)。,可利用的余熱,余熱溫度范圍： 80250 余熱的形態(tài)： 煙氣，蒸汽，熱水

4、可以擴(kuò)展的應(yīng)用： 地?zé)崂?、太陽能利用、生物質(zhì)能。 需要根據(jù)具體環(huán)境、條件及應(yīng)用需求進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。,有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電用膨脹動(dòng)力機(jī),1.渦輪機(jī) 2.螺桿膨脹機(jī) 3.渦旋式膨脹機(jī) 4.,有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)中低溫余熱發(fā)電 關(guān)鍵設(shè)備之一 膨脹機(jī)簡(jiǎn)介,膨脹機(jī)的基本特點(diǎn),1.渦輪膨脹機(jī)(速度型),2.螺桿膨脹機(jī)(容積型),一對(duì)螺桿轉(zhuǎn)子 適應(yīng)面廣,可以回收不同種類的工業(yè)余熱 當(dāng)余熱熱源不穩(wěn)定，參數(shù)變化時(shí)，機(jī)組效率表現(xiàn)穩(wěn)定 螺桿膨脹機(jī)的零部件少。螺桿轉(zhuǎn)子堅(jiān)固，大修周期長(zhǎng)，小修簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用很低 可調(diào)速，作為動(dòng)力機(jī)使用，如拖動(dòng)給水泵或灰漿水泵，拖動(dòng)風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)可以根據(jù)要求靈活變速，使用方便,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,

5、螺桿膨脹機(jī),渦輪膨脹機(jī),有機(jī)工質(zhì)循環(huán)膨脹機(jī)系統(tǒng),對(duì)于低溫低壓（或常壓）余熱熱源，利用膨脹機(jī)作功，要先用低溫余熱與有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行熱交換，再將有機(jī)工質(zhì)引入膨脹機(jī)作功。整個(gè)系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器、工質(zhì)泵等設(shè)備組成。,有機(jī)工質(zhì)循環(huán)膨脹機(jī)發(fā)電系統(tǒng)簡(jiǎn)圖,有機(jī)工質(zhì)循環(huán)膨脹機(jī)熱力過程,A 有機(jī)工質(zhì)蒸汽動(dòng)力循環(huán) B 有機(jī)工質(zhì)汽液兩相動(dòng)力循環(huán),有機(jī)工質(zhì)膨脹機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)膨脹機(jī)的熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)（包括系統(tǒng)熱力參數(shù)的確定、工質(zhì)選擇、熱交換器設(shè)計(jì)等）。會(huì)直接影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率。,循環(huán)系統(tǒng)熱力參數(shù)確定,在得到熱源的溫度和流量等條件后，需要確定循環(huán)熱力參數(shù)，主要是有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度以及換熱溫差

6、等，這些參數(shù)會(huì)對(duì)循環(huán)效率有較大的影響。,有機(jī)工質(zhì)的選擇,對(duì)于有機(jī)工質(zhì)循環(huán)，經(jīng)常選用的工質(zhì)有R123、R245fa、R134a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、異丁烷等。在余熱發(fā)電系統(tǒng)中，對(duì)于不同類型，不同溫度的熱源應(yīng)當(dāng)選擇不同的工質(zhì)，工質(zhì)的優(yōu)選也會(huì)影響到系統(tǒng)的效率。,對(duì)于工質(zhì)的選擇要求,（1）發(fā)電性能好，在相同條件下，實(shí)際發(fā)電量較大； （2）傳熱性能好，在相同條件下，換熱系數(shù)較大； （3）工質(zhì)的壓力水平適宜，在相應(yīng)的熱源溫度下，工質(zhì)的飽和壓力不很高；在冷源溫度下，不會(huì)出現(xiàn)高度真空； （4）來源豐富，價(jià)格低廉； （5）化學(xué)穩(wěn)定性好，不分解，對(duì)金屬的腐蝕性小，毒性小，不燃，不爆。 (6) 環(huán)境友好,相同初始

7、條件不同有機(jī)工質(zhì)發(fā)電能力比較,幾種低溫介質(zhì)熱物理特性指標(biāo)對(duì)比：,熱交換器的設(shè)計(jì),需要根據(jù)余熱的類型和特點(diǎn)設(shè)計(jì)熱交換器。包括蒸發(fā)器，冷凝器，預(yù)熱器等。,經(jīng)濟(jì)效益,例如：余熱熱源為85的熱水，流量為100t/h，冷卻水溫度為25。 采用有機(jī)工質(zhì)循環(huán)方式，以戊烷作為循環(huán)工質(zhì)，在扣除工質(zhì)泵耗功，冷卻水泵耗功之后，計(jì)算表明，一噸熱水每小時(shí)大約可以發(fā)出1.0度的電。為此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)效益估算如下：,年發(fā)電量估算 年運(yùn)行按7000小時(shí)計(jì)算，則年發(fā)電量為（采用帶有冷卻水塔或噴水池的循環(huán)供水冷卻系統(tǒng)） 1.01007000=700000 kWh 年經(jīng)濟(jì)效益 電價(jià)按0.5元/ kWh計(jì)算，則年效益為 7000000.535.0萬元/年,環(huán)境效益,采用有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)螺桿膨脹機(jī)系統(tǒng)，全年發(fā)電量700000 kWh，若替代火力發(fā)電，估算SO2、CO2減排量為： 減排二氧化硫SO2：約21噸 減排二氧化碳CO2：約650噸 由以上數(shù)據(jù)可知，有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)螺桿膨脹機(jī)低溫余熱回收系統(tǒng)，環(huán)保效應(yīng)非常顯著。,總結(jié), 采用有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)是一種適用于250低溫余熱回收技術(shù)。 可以應(yīng)用于化工、冶金、紡織、建材、電力、醫(yī)藥等工業(yè)領(lǐng)域，還可以推廣到可再生能源發(fā)電領(lǐng)域中去。 為提高系統(tǒng)效率，根據(jù)不同的余熱熱源特點(diǎn)，要進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括循環(huán)熱力參數(shù)確定