ORC低溫發(fā)電技術(shù)及需求

1、向心式ORC低溫發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用需求分析北京華航盛世能源技術(shù)有限公司2014年03月名目一、行業(yè)技術(shù)需求3二、熱源形式及參數(shù)要求4三、經(jīng)濟(jì)性分析4四、機(jī)組運(yùn)行原理5五、應(yīng)用案例分析7一、行業(yè)技術(shù)需求向心式ORC低溫發(fā)電技術(shù)可應(yīng)用的行業(yè)及資源（100度以上的熱水或120度氣體含水蒸氣及160度以上煙氣）包括，但不僅限于以下行業(yè)：Ø 石化l 煉油裝置（過程廢熱）l 分餾裝置（過程廢熱）l 工藝?yán)鋮s分散水Ø 化工l 加熱爐、蒸汽鍋爐排煙氣等l 化工過程廢熱（合成氨、干餾等）l 煤化工的MTO裝置Ø 電力：鍋爐排煙氣、乏汽等Ø 造紙：烘缸、蒸鍋廢氣，黑液等

2、6; 紡織：蒸汽凝水Ø 自然氣：LNG壓縮機(jī)排氣熱回收Ø 冶金l 放散蒸汽l 耗能設(shè)備余熱（空壓機(jī)等）二、熱源形式及參數(shù)要求：熱源形式溫度ºC流量范圍m3/h發(fā)電量范圍kW熱水/分散水（潔凈）1001762151842251101091551842631255883.5184263氣體（潔凈）120420000510000184225140180000250000184263160110000160000184263煙氣16034000048000018426320011000016000018426324070000100000-184263綜上所述：表中為各熱

3、源形式下的流量及發(fā)電量區(qū)間，僅僅排列了三個(gè)溫度，由于熱水在100度-250度，煙氣可以更高溫度，只不過加汽水換熱器即可，因此參數(shù)不能全部排列完全，從發(fā)電經(jīng)濟(jì)性方面考慮，在不同熱源下，低于最小流量，不建議接受發(fā)電，因此，只要有相同品嘗的廢熱就可以進(jìn)行發(fā)電，不僅限于以上行業(yè)及裝置。 三、經(jīng)濟(jì)性分析針對“十二五”期間節(jié)能減排的巨大壓力，國家在制定節(jié)能減排目標(biāo)的同時(shí)，加大了對其嘉獎(jiǎng)和扶持的力度。2014年，北京市節(jié)能嘉獎(jiǎng)的標(biāo)準(zhǔn)為600元/噸標(biāo)煤。其中，中心財(cái)政嘉獎(jiǎng)標(biāo)準(zhǔn)為240元/噸標(biāo)煤，北京市財(cái)政嘉獎(jiǎng)標(biāo)準(zhǔn)為360元/噸標(biāo)煤。向心式ORC低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析項(xiàng)目數(shù)值單位運(yùn)行小時(shí)數(shù)8000 小時(shí)/年

4、凈發(fā)電功率242kW 電價(jià)0.68元/kWh 年發(fā)電收益131.6萬元節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤697噸/年削減CO2 排放量1714噸/年國家及地方政府節(jié)能嘉獎(jiǎng)* 41.8萬元碳交易收入*2.7萬元/年初投資（暫估）400萬元每年總收益134.3萬元回報(bào)期2.67年*按600元/噸標(biāo)煤計(jì)算。*按16元/噸CO2計(jì)算。四、機(jī)組運(yùn)行原理華航盛世公司和廣州北航新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)爭辯院共建了新能源余熱發(fā)電工程應(yīng)用中心，爭辯并改進(jìn)了航空渦輪膨脹技術(shù)，研發(fā)出具有自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的ORC低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)，制造出國內(nèi)首臺向心式ORC低溫發(fā)電機(jī)組。華航盛世向心式ORC發(fā)電系統(tǒng)示意圖華航盛世向心式ORC低溫發(fā)電系統(tǒng)原理如圖4所示。該系統(tǒng)

5、包括三個(gè)回路：熱水回路（紅色管道）、有機(jī)工質(zhì)回路（綠色管道）、冷卻水回路（藍(lán)色管道）。1) 熱源水在圖示紅色管道內(nèi)流淌，進(jìn)入機(jī)組的蒸發(fā)器，將熱量傳遞給機(jī)組內(nèi)的工質(zhì)，熱源水溫度降低并離開蒸發(fā)器，送入后續(xù)工藝。2) 工質(zhì)在圖示綠色管道內(nèi)封閉循環(huán)流淌。液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器，吸取熱源的熱量，成為飽和或過熱蒸汽，進(jìn)入渦輪機(jī)，熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)向外輸出電力。過熱工質(zhì)蒸汽隨后進(jìn)入冷凝器，被冷卻水冷卻成為液體，進(jìn)入工質(zhì)泵。工質(zhì)泵驅(qū)動(dòng)工質(zhì)循環(huán)流淌。3) 冷卻水在圖示藍(lán)色管道內(nèi)流淌。冷卻水在水泵驅(qū)動(dòng)下，進(jìn)入機(jī)組的冷凝器，對工質(zhì)流體進(jìn)行冷卻。冷卻水溫度上升并離開冷凝器，送入冷卻塔將熱量散至大氣環(huán)境。華航盛世

6、向心式ORC發(fā)電系統(tǒng)解決了國內(nèi)中低溫余熱無法發(fā)電的技術(shù)難題，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，填補(bǔ)了我國大型低溫余熱發(fā)電設(shè)備的空白。該系統(tǒng)的功能具有以下特點(diǎn)：ü 零燃料成本 驅(qū)動(dòng)源來自地?zé)峄蚬I(yè)余熱；ü 零排放 封閉式循環(huán)系統(tǒng)；ü 系統(tǒng)接受軟并網(wǎng)技術(shù)，并網(wǎng)平穩(wěn)，無擾動(dòng)，平安牢靠；ü 優(yōu)秀牢靠的智能把握系統(tǒng)，保證機(jī)組平安牢靠運(yùn)行，完善的本地監(jiān)控系統(tǒng)和集中監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)便捷的本地和遠(yuǎn)程操控；ü 可不間斷供電 基荷運(yùn)行；ü 模塊化系統(tǒng)，設(shè)備占地小，便于運(yùn)輸和安裝。華航盛世向心式ORC發(fā)電系統(tǒng)的核心技術(shù)居世界先進(jìn)水平。與同類產(chǎn)品相比，具有如下技術(shù)

7、及性能優(yōu)勢：1) 接受航空技術(shù)的高效向心式透平，能量轉(zhuǎn)換力量強(qiáng)（等熵效率>85%），牢靠性高；2) 針對R245fa工質(zhì)特性特地設(shè)計(jì)的透平機(jī)；3) 余熱回收熱效率高，機(jī)組單位熱水發(fā)電量高；4) 自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)的ORC半封閉異步發(fā)電機(jī)，解決了泄漏難題；5) 獨(dú)特的油路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，減小系統(tǒng)內(nèi)部功耗；6) 機(jī)組自耗電少，僅為總發(fā)電量的68%；7) 系統(tǒng)易磨損部件接受航空材料，機(jī)組壽命長，設(shè)計(jì)年限達(dá)20年；五、應(yīng)用案例分析案例一以某石化廠的某裝置為例，該系統(tǒng)共有5股不同溫度等級的余熱資源（液態(tài)水），總余熱量為28.02×105kCal/h，如下表所示。某石化廠余熱資源來源溫度（º

8、C）熱負(fù)荷（kCal/h）二甲苯塔底油2151.89二甲苯產(chǎn)品2053.26蒸發(fā)塔頂1477.39重整油塔頂1049.89苯塔頂985.59目前該廠對這5股余熱資源進(jìn)行集中冷卻處理，降溫至80ºC左右，送入后續(xù)工藝循環(huán)使用。冷卻設(shè)備為空冷器。經(jīng)分析，該廠余熱資源的品質(zhì)格外適合用于ORC發(fā)電。此外，假如現(xiàn)場有用冷和供暖需求，還可以將發(fā)完電后的熱水用溴化鋰吸取式制冷機(jī)組制備510ºC的冷凍水，冬季還可同時(shí)用于供暖，形成冷熱電梯級利用的綜合解決方案，如圖所示。石化廠熱水余熱綜合利用解決方案該解決方案具有如下特點(diǎn)：ü 余熱梯級利用，能源利用率可達(dá)98%：高品位熱用于發(fā)電，中品位熱用于制冷，低品位熱用于供暖/工藝預(yù)熱；ü 系統(tǒng)把握較機(jī)敏，發(fā)電系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、供熱系統(tǒng)之間熱負(fù)荷可調(diào)整；ü 各系統(tǒng)可依據(jù)資源狀況以及用戶狀況機(jī)敏搭配；ü 可降低冷卻能耗。案例二某液化自然氣廠生產(chǎn)工藝中，自然氣經(jīng)過大型壓縮機(jī)加壓后，溫度上升，再通過冷卻系統(tǒng)