一、概述:
在鋼鐵、化工、有色冶金、水泥等眾多工業(yè)領(lǐng)域的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的余熱資源,包括熱水、熱氣、輻射顯熱等。目前高壓或高溫的余熱已經(jīng)獲得較為充分的利用。而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(méi)有得到充分利用,或僅能產(chǎn)生低品位的回收(如熱水等)。傳統(tǒng)余熱發(fā)電技術(shù)的工作參數(shù)大多為高參數(shù)、大容量,無(wú)法利用這部分較為分散但總量巨大的低溫余熱能源。
ORC(有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán))低溫余熱發(fā)電系統(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低到80℃,這是常規(guī)發(fā)電技術(shù)不能做到的(常規(guī)發(fā)電通常要求熱源溫度在300~350℃以上),從而較大地拓寬了可以回收發(fā)電的余熱資源的利用范圍,為鋼鐵、化工、有色冶金、水泥等行業(yè)的低溫余熱資源回收提供了有效的技術(shù)手段和設(shè)備。
二、ORC有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)
ORC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)代替水產(chǎn)生蒸汽,推動(dòng)膨脹機(jī)做功。
低壓液態(tài)有機(jī)工質(zhì)具有更低的冷凝溫度,如正丁烷、異丁烷、R245fa、R142b等,在較低溫度下即可產(chǎn)生較高壓力的蒸汽。余熱溫度在80~250℃,余熱形態(tài)包括煙氣、蒸汽和熱水等。
液態(tài)有機(jī)工質(zhì)經(jīng)有機(jī)工質(zhì)泵增壓后進(jìn)入蒸發(fā)器吸收熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏赫魵猓桓邷馗邏旱挠袡C(jī)工質(zhì)蒸氣再推動(dòng)渦輪機(jī)做功,產(chǎn)生電能輸出,有機(jī)工質(zhì)蒸汽同時(shí)減壓;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),完成一次循環(huán)。
蒸發(fā)器可采用低溫余熱直接蒸發(fā),或采用由其生成的中間熱水(約150℃)進(jìn)行有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)。
圖1 ORC循環(huán)發(fā)電流程示意圖
三、好科科技工業(yè)低溫余熱發(fā)電解決方案
好科(上海)環(huán)??萍加邢薰九c歐洲能源公司合作,向中國(guó)區(qū)域工業(yè)用戶(hù)提供ORC低溫余熱發(fā)電系統(tǒng),以及為用戶(hù)訂制性?xún)r(jià)比更高的國(guó)產(chǎn)化建設(shè)和運(yùn)行方案。
我司與歐洲能源公司研究、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)和集成ORC透平機(jī)和低溫?zé)嵩窗l(fā)電系統(tǒng)(100kW~5MW)。專(zhuān)業(yè)致力于工業(yè)中低溫余熱發(fā)電領(lǐng)域,并為用戶(hù)提供全方位的運(yùn)營(yíng)維護(hù)和操作監(jiān)控服務(wù)。 歐洲能源公司承建的法國(guó)LoireValley冶煉廠(chǎng)ORC機(jī)組,因其出色的節(jié)能性能獲得了第六屆AMI ADEME Total工業(yè)大獎(jiǎng)。
我司與歐洲能源公司合作向?qū)氫撎峁?.0MW的ORC發(fā)電機(jī)組,采用燒結(jié)環(huán)冷機(jī)低溫余熱,已投產(chǎn)運(yùn)行發(fā)電。
好科科技依托歐洲能源公司的透平技術(shù)和產(chǎn)品,向國(guó)內(nèi)用戶(hù)提供5KW~5MW的ORC集成系統(tǒng),內(nèi)效率可高達(dá)85%以上,額定熱負(fù)荷在10%~120%的條件下穩(wěn)定運(yùn)行。
圖2 透平機(jī)計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì) | 圖3 1.5MW ORC發(fā)電機(jī)組 | 圖4 3.2MW ORC發(fā)電機(jī)組 |
三、業(yè)績(jī)舉例
例如,10t/h的180℃、1MPa飽和蒸汽已經(jīng)無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步發(fā)電并網(wǎng)的高效利用,而采用ORC發(fā)電系統(tǒng),可以回收余熱6MW,ORC系統(tǒng)凈發(fā)電率16%計(jì),凈發(fā)電量為0.96MW,10kV并網(wǎng)。
以每年7200h凈工作時(shí)間計(jì)算,每年可發(fā)電729.6萬(wàn)度。以上海峰時(shí)(6點(diǎn)~22點(diǎn))工業(yè)用電價(jià)格0.96元/度計(jì)算,每年凈發(fā)電約695萬(wàn)。
扣除冷卻水、維護(hù)、備件等運(yùn)營(yíng)成本,項(xiàng)目投資回收期可控制在3年。系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)計(jì)壽命≥15年。
由此,ORC發(fā)電系統(tǒng)將為用戶(hù)產(chǎn)生較高的收益回報(bào)。