低溫余熱發(fā)電orc有機朗肯循環(huán)技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化

1、低溫余熱發(fā)電有機朗肯循環(huán)技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化,報告大綱,一、低溫余熱資源,1.工業(yè)余熱資源,目前我國能源形勢嚴(yán)峻的根本原因在于用能效率低下。我國每噸標(biāo)準(zhǔn)煤的產(chǎn)出效率僅相當(dāng)于日本的10.3％、美國的28.6％。我國工業(yè)用能中近60-65%的能源轉(zhuǎn)化為余熱資源，其中溫度低于350℃以下的低溫余熱，約占余熱總量的60%，目前技術(shù)尚無法實現(xiàn)對其有效的回收利用。,我國鋼鐵工業(yè)余熱,按品質(zhì)分類 高品位余熱( >900℃) 47%中品位余熱 (

2、400℃～900℃) 30%低品位余熱( <400℃) 23%,47%,44％,30%,30％,23%,回收潛力,回收潛力,回收潛力,,,,我國有色冶金工業(yè)余熱,我國鋼鐵冶金余熱總量達15000萬tce/a，目前平均余熱回收水平僅為30%。主要原因在于我國現(xiàn)有技術(shù)難以回收數(shù)量龐大的中低溫余熱。因此，我國鋼鐵工業(yè)中有大量的中低溫余熱資源可供開發(fā)。,我國有色冶金行業(yè)存在大量的容易收集的溫度在60℃以上的液態(tài)余熱（如冷卻水）及低壓蒸汽

3、，據(jù)不完全統(tǒng)計蘊含可用的熱能約1800 萬tce/a，潛在發(fā)電能力相當(dāng)于3/4個三峽工程發(fā)電量。,我國建材工業(yè)余熱,1.水泥工業(yè)：隨著新型干法水泥熟料技術(shù)在全國范圍內(nèi)的推廣、普及，水泥生產(chǎn)過程中存在大量350-400℃以下的余熱不能充分利用，這部分熱量占到水泥熟料燒成總耗熱量35％以上造成的能源浪費高得驚人。我國水泥低溫余熱潛在的發(fā)電容量約在800億kWh/a，相當(dāng)于1個三峽工程的年發(fā)電量 。,水泥窯爐,陶瓷窯爐,玻璃窯爐,,我國建材工

4、業(yè)余熱,2.陶瓷工業(yè)：日用陶瓷燒制窯爐排煙溫度一般在200-300℃，排煙帶走的熱量損失約占總熱量的20%-40%。我國現(xiàn)有陶瓷生產(chǎn)企業(yè)約3000家，余熱發(fā)電能力約1200億kWh/a,相當(dāng)于2個三峽工程的年發(fā)電量。,3.玻璃生產(chǎn)工業(yè)：我國投入使用的浮法玻璃生產(chǎn)線有130條左右，平均每條日熔化500t玻璃；平拉法平板玻璃生產(chǎn)線30條，平均每條日熔化200t玻璃；兩項合計年能耗總量約為520×105 t重油。余熱發(fā)電潛力約300

5、億kWh/a。,2.地?zé)崮?地?zé)崾且环N可持續(xù)發(fā)展的能源，我國的地?zé)豳Y源分布很廣，資源儲量約為4.4×1027kJ，蘊含發(fā)電能力可達6.74GW。,,,3.太陽能,我國2/3的面積年日照時間在2300小時以上，每平方米太陽能年輻射總量3340-8400MJ，陸地表面每年接收的太陽輻射能相當(dāng)于17000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而且分布極為廣泛 ，蘊含的發(fā)電能力約1400萬億kWh/a，是我國一年總發(fā)電量的近300倍。,西藏羊八井地?zé)岚l(fā)電,非聚

6、焦太陽能集熱發(fā)電示意,,二、低溫余熱發(fā)電技術(shù),1.技術(shù)現(xiàn)狀,常規(guī)水蒸汽朗肯循環(huán)用于煙氣余熱回收發(fā)電流程圖,常規(guī)水蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù),,1.系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，鍋爐給水需要除氧、除鹽，在鍋爐部件及管路上需要設(shè)置排污及疏放水管路；凝結(jié)器里需保持較高的真空度，要設(shè)置真空維持系統(tǒng)。 2.透平進排氣壓力低，蒸汽比體積較大，導(dǎo)致透平通流面積較大。 3.通常透平進口蒸汽需具有一定的過熱度，在余熱鍋爐中必然要設(shè)置過熱蒸汽加熱段，導(dǎo)致余熱鍋爐

7、的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 4.管道內(nèi)容易結(jié)垢及生銹，維修成本較高，壽命較短。 5.需要較多的運行、維修人員，運行成本較高。 6.單機容量不能太小,系統(tǒng)滿負(fù)荷運行率不高。 7.一般只適用于煙氣溫度高于350℃以上的余熱。,常規(guī)水蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)的缺點,,有機朗肯循環(huán)余熱發(fā)電技術(shù) (ORC),煙氣余熱有機朗肯循環(huán)（ORC）發(fā)電系統(tǒng)示意圖,,1.效率高,系統(tǒng)構(gòu)成簡單，不需要設(shè)置除氧、除鹽、排污及疏放水設(shè)施；凝結(jié)器里

8、一般處于略高于環(huán)境大氣壓力的正壓，不需設(shè)置真空維持系統(tǒng)。 2.透平進排氣壓力高，所需通流面積較小，透平尺寸小。 3.使用干流體時，余熱鍋爐中不必設(shè)置過熱段，工質(zhì)蒸汽直接以飽和氣體進透平膨脹做功。 4.可實現(xiàn)遠程控制，無人值守，需要極少的運行、維修人員，運行成本很低。 5.單機容量可從幾kW到數(shù)千kW。 6.系統(tǒng)部件、設(shè)備可實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)模塊化生產(chǎn)，能縮短安裝周期，降低制造成本。 7.適用于溫度高

9、于70 ℃以上的低溫余熱源。,ORC發(fā)電技術(shù)的優(yōu)點,,昆工ORC技術(shù)研究進展,1.提出了超臨界有機朗肯循環(huán)及多元混合工質(zhì)有機朗肯循環(huán)，可減少有機鍋爐中由于傳熱溫差不均衡導(dǎo)致的額外熵增，提高系統(tǒng)的（火用）效率。,膨脹末級處于濕蒸汽區(qū),膨脹末級處于過熱蒸汽區(qū),,2.提出了多級蒸發(fā)有機朗肯循環(huán)、復(fù)疊式有機朗肯循環(huán)及多級-復(fù)疊式有機朗肯循環(huán)，最大限度實現(xiàn)傳熱過程的溫度微匹配。,多級蒸發(fā)有機朗肯循環(huán),,水蒸汽-有機朗肯復(fù)疊循環(huán),冷卻塔,,3.建立

10、了低溫?zé)崮馨l(fā)電ORC系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計方法。,,昆工ORC技術(shù)研究成果,1.已申請多項國家專利,專利名稱： No.1 超臨界朗肯循環(huán)回收低溫余熱動力的方法, 申請?zhí)?00810058497.9 No.2 混合工質(zhì)分散式低溫太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)及工藝, 申請?zhí)?00810058626.2 No.3 一種用于低沸點工質(zhì)低溫?zé)崮軣崃Πl(fā)電和工業(yè)余壓動力回收透平裝置, 申請?zhí)?00820081418.

11、X No.4 分散式低溫太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)及工藝, 申請?zhí)?00810058714.,,2.已完成ORC低溫余熱發(fā)電工質(zhì)的熱物性及傳熱特性的研究,,,,ORC循環(huán)工質(zhì)物性及傳熱特性試驗裝置,,3.已完成對昆鋼高線三段式加熱爐排煙余熱發(fā)電100kW ORC樣機系統(tǒng)的仿真與方案設(shè)計。,樣機擬從這根管道下部取煙,,,4.已初步完成對采用空調(diào)離心式冷水機組構(gòu)建ORC系統(tǒng)可行性的理論分析，建立了該ORC系統(tǒng)的性能模擬數(shù)學(xué)模型，

12、同時制定了下一步的試驗方案及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)措施。,5.在研究經(jīng)費保證的情況下，預(yù)計在3~6年內(nèi)便可初步實現(xiàn)低溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電ORC技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化（完成1000kWe的示范工程），5~8年內(nèi)便可初步實現(xiàn)液體余熱及低溫太陽能發(fā)電ORC技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化（完成2000kWe的示范工程) 。,三、昆工-昆鋼合作開發(fā)的可行性探討,合作開發(fā)內(nèi)容,,1.研發(fā)有機朗肯循環(huán)中低溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電核心技術(shù)（防腐低溫?zé)煔飧咝Q熱設(shè)備、循環(huán)工質(zhì)的研發(fā)、ORC系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計、低溫

13、高效換熱器、有機工質(zhì)膨脹機研制、設(shè)備運行控制系統(tǒng)的開發(fā)）、實現(xiàn)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，完成中低溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電ORC系統(tǒng)定型產(chǎn)品模塊的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計及加工制造。,2.在冶金、水泥、陶瓷、玻璃、化工、輕紡等大中型工業(yè)窯爐廢氣余熱回收項目上推廣中低溫?zé)煔庥酂岚l(fā)電ORC技術(shù)。,3.研究工業(yè)液體余熱驅(qū)動的有機朗肯循環(huán)發(fā)電和非聚焦型低溫太陽能有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)（S-ORC），開發(fā)相關(guān)定型設(shè)備，并進行工程化推廣應(yīng)用。,4.對我國主要高耗能企業(yè)的能源情況進行調(diào)研，針

14、對具體企業(yè)、具體生產(chǎn)工藝，在完成對其總能系統(tǒng)的診斷基礎(chǔ)上，構(gòu)建其余熱梯級回收利用技術(shù)體系，并爭取對其實施技術(shù)改造。,,1.雙方合作成立一個能源新技術(shù)開發(fā)公司。,2.由昆鋼牽頭、昆工參與，雙方聯(lián)合申報省里的能源新技術(shù)工程(技術(shù))中心，為低溫?zé)崮芨咝Ю孟嚓P(guān)核心技術(shù)的開發(fā)與推廣做進一步的支持。,合作機制,預(yù)計研究經(jīng)費投入及資金回收情況,1.煙氣余熱發(fā)電ORC技術(shù)投入3000萬元。,3.通過核心技術(shù)的專利轉(zhuǎn)讓及技術(shù)的工程化市場推廣應(yīng)用，預(yù)計在