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低温余热发电技术

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研发背景

我国工业余热排放量巨大、能源浪费惊人,特别是钢铁、有色、化工、水泥、建材、石油石化、轻工、煤炭八大行业能源使用量占工业能源消耗70%以上,折合标准煤28亿吨,在生产过程中排放的余热资源占其燃料消耗的17—67%,其中可回收利用的余热资源约占60%,相当于燃料消耗总量的10.2—40.2%。其中,占余热总资源的50%左右的中、高温余热资源已得到了较好的回收利用。而长期以来,我国60—150℃温区中能量转化理论与技术的研究相对薄弱,技术装备更处于空白,剩余的50%的低温余热资源绝大部分只能排放掉,传统用能大户广泛存在低温余热利用率低甚至零利用率的现象,不仅成为造成“热岛效应”的主要元凶,也产生了极大的能源浪费。该成果为我国的低温余热回收利用开辟了新的天地。


应用范围

低品质余热发电的市场应用领域极为广泛,以下仅列举部分工业生产过程中被废弃的90-150度之间的低品质废热:

1、 石油化工:碳氢化合物分馏后的冷凝、天然气长输管道燃压机组废热;

2、 电力工业:电站锅炉排烟;

3、 钢铁工业:转炉、烧结的气化冷却工艺。

其他诸如多晶硅窑炉冷却、工业锅炉排烟、工艺过程梯度用能、减温减压等领域。


技术路线及原理

机工质朗肯循环专指以低沸点(蒸发温度38度,正戊烷)氟碳氢化合物为循环工质的热力系统,ORC低温发电技术就是基于这一工作过程的发电系统,也称有机工质朗肯循环发电。ORC低温发电技术,这里低温泛指的温度小于150度但大于90度的热源,其低温热源是工业过程废热、太阳能、海洋温差、地热等清洁能源,技术突破点在于研究更低的热源温度以驱动透平做功发电,以适应更多的工况条


技术特色

具备以下几个优势: 1)有机工质具有良好的热力学性质,低的沸点及高的蒸气压力使0RC方法比水蒸气朗肯循环具有较高的热效率,对较低温度热源的利用有更高的效率。 2)有机工质比水蒸气比容小,导致汽轮机(特别是其末级叶片的高度)、排气管道及空冷冷凝器中的管道尺寸较小。 3)与水蒸气不同,有机工质在膨胀做功过程中,从高压到低压始终保持干燥状态,饱和蒸汽夹液对汽轮机叶片产生的液击。所以,ORC能比水蒸气汽轮机更有效地适应部分负荷运行及大的功率变动,不需要装过热器。 4)在缺水地区,优先使用空气冷却的冷凝器。ORC电厂使用的窄冷冷凝器要比水蒸气电厂使用的空冷冷凝器的体积小得多,造价也低得多。 5)有机工质蒸汽声速低于水蒸气,在低叶片速度时,能获得有利的空气动力配合 7)有机工质凝固点很低(低于一73℃),在较低温度下仍能释放能量。这样在寒冷天气可增加出力,冷凝器也不需要增加防冻设施。


经济效益分析

具体经济效益与余热品味高低、设备容量、现场环境、投资方式相关。