科技成果-向心渦輪中低品位余能有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)

1、科技成果一一向心渦輪中低品位余能有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)適用范圍建材、化工、冶金、窯爐等，80C以上工業(yè)余熱及地?zé)崴?。行業(yè)現(xiàn)狀向心式中低品位余能有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)可廣泛應(yīng)用于地?zé)帷?太陽(yáng)能、生物質(zhì)能源領(lǐng)域，以及工業(yè)余熱回收發(fā)電。用于工業(yè)余熱回 收時(shí)，可在所有高耗能行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣，包括鋼鐵、有色、化工、水 泥、建材、石油與石化、輕工、煤炭等支柱性行業(yè)。按照國(guó)家“十二五”節(jié)能規(guī)劃的指示，國(guó)家計(jì)劃在“十二五”期 間新增2000萬(wàn)kW的余熱發(fā)電能力，保守估計(jì)其中低于250度的中 低溫余熱利用占10%，即200萬(wàn)kW。利用向心式中低品位余能有機(jī) 朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的節(jié)能潛力為576萬(wàn)噸標(biāo)煤，碳減排潛力

2、為 1416萬(wàn)噸。成果簡(jiǎn)介向心渦輪中低品位余能有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)回收中低品味余 能，將低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)加熱成為蒸汽，驅(qū)動(dòng)向心渦輪做功，并通過(guò)發(fā) 電機(jī)向外輸出高品質(zhì)電能。該技術(shù)采用向心渦輪，是我國(guó)新一代ORC 發(fā)電技術(shù)，發(fā)電效率高，維護(hù)成本低，系統(tǒng)安全可靠。關(guān)鍵技術(shù)向心渦輪中低品位余能有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)包含了下列關(guān)鍵 技術(shù)的突破:高效向心渦輪技術(shù)目前針對(duì)有機(jī)工質(zhì)的渦輪設(shè)計(jì)及制造技術(shù)仍掌握在國(guó)外大型葉 輪機(jī)械制造廠商手中。北京華航盛世能源技術(shù)有限公司依托北京航空 航天大學(xué)在航空領(lǐng)域的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)，研究并改進(jìn)了航空渦輪膨脹技 術(shù)，通過(guò)自主研發(fā)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)驗(yàn)證的科學(xué)方法，制造出針對(duì)有機(jī)工質(zhì) R245f

3、a的高效ORC渦輪機(jī)，其等熵效率大于85%。公司還將航空發(fā) 動(dòng)機(jī)葉片、轉(zhuǎn)子等技術(shù)進(jìn)行有效轉(zhuǎn)化，成功應(yīng)用于ORC向心渦輪的 制造工藝之中。向心渦輪系統(tǒng)密封及潤(rùn)滑油系統(tǒng)系統(tǒng)密封以及潤(rùn)滑油系統(tǒng)是ORC系統(tǒng)制造的一大難題，包括渦 輪發(fā)電機(jī)的密封和工質(zhì)泵的密封。采用半封閉設(shè)計(jì)，發(fā)電機(jī)與渦輪機(jī) 一體化，解決了工質(zhì)及潤(rùn)滑油泄漏等一系列問(wèn)題。對(duì)于發(fā)電機(jī)本身， 公司則提供設(shè)計(jì)要求，向國(guó)外著名廠家定制，保證密封性能的同時(shí)， 提高了其運(yùn)行性能。采用引射回油系統(tǒng)，有效降低油路系統(tǒng)的輸送功 耗。半封閉渦輪發(fā)電機(jī)（3）系統(tǒng)集成技術(shù)北京華航盛世能源技術(shù)有限公司借鑒冷水機(jī)組的產(chǎn)品集成設(shè)計(jì) 經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)各個(gè)關(guān)鍵設(shè)備的選型情況，完

4、成了向心渦輪ORC發(fā)電系 統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)以及設(shè)備之間的管道連接設(shè)計(jì)，最終進(jìn)行整體優(yōu)化， 使之滿足撬裝化設(shè)計(jì)要求，便于長(zhǎng)途運(yùn)輸以及現(xiàn)場(chǎng)的快速裝配。向心渦輪ORC發(fā)電機(jī)組工藝流程該發(fā)電系統(tǒng)主要包括四大設(shè)備：渦輪發(fā)電機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器和工質(zhì)泵。其中，渦輪發(fā)電機(jī)是整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的核心設(shè)備。該系統(tǒng)包括三個(gè)回路：熱水回路（紅色管道）、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)流動(dòng)，進(jìn)入系統(tǒng)的蒸發(fā)器，將熱 量傳遞給系統(tǒng)內(nèi)的工質(zhì)，熱源水溫度降低并離開(kāi)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)流動(dòng)。液態(tài)工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā) 器，吸收熱源的熱量，成為飽和或過(guò)熱蒸汽，進(jìn)入渦輪機(jī)

5、，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(guò)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)流動(dòng)。（3）冷卻水在圖示藍(lán)色管道內(nèi)流動(dòng)。冷卻水在水泵驅(qū)動(dòng)下，進(jìn) 入系統(tǒng)的冷凝器，對(duì)工質(zhì)流體進(jìn)行冷卻。冷卻水溫度升高并離開(kāi)冷凝 器，送入冷卻塔將熱量散至大氣環(huán)境。主要技術(shù)指標(biāo)向心渦輪中低品位余能有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)在我國(guó)屬于新一 代節(jié)能技術(shù)，主要技術(shù)參數(shù)包括：膨脹機(jī)等熵效率：85%-93%；噸水發(fā)電量：2.1-3.3kWh/t (熱水溫度116度，冷卻水供回水溫度 27/37 度)；負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍：40%-110%。技術(shù)水平該技術(shù)具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)專(zhuān)利7項(xiàng)，通過(guò)了國(guó)外、國(guó)內(nèi)科技

6、查新，獲 得科技部技術(shù)創(chuàng)新認(rèn)證。典型案例典型用戶：互太(番禺)紡織印染有限公司互太(番禺)紡織印染有限公司存在兩種余熱：富裕低壓蒸汽和 冷凝水。其中，富裕蒸汽直接排放，冷凝水須經(jīng)冷卻塔冷卻之后循環(huán) 使用。這兩種余熱未被回收，白白浪費(fèi)至大氣環(huán)境。通過(guò)節(jié)能改造，配置了一套ORC余熱發(fā)電系統(tǒng)，回收了部分余 熱，并轉(zhuǎn)化為高品質(zhì)的電能。余熱發(fā)電技術(shù)方案如下圖所示，技術(shù)路線如下：95C冷凝水進(jìn)入ORC機(jī)組的預(yù)熱器，對(duì)工質(zhì)進(jìn)行預(yù)熱。0.5MPa飽和蒸汽通過(guò)汽水換熱器，將113.5C循環(huán)熱水加 熱至135C。(3)循環(huán)熱水進(jìn)入ORC機(jī)組蒸發(fā)器，將工質(zhì)加熱成為飽和蒸汽。工質(zhì)蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)，向外供電。冷櫥器X

7、余熱發(fā)電技術(shù)方案示意圖蒸發(fā)器ORC機(jī)組冷凝專(zhuān)Ig礦匚 工質(zhì)蒸汽驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)，向外供電。冷櫥器X余熱發(fā)電技術(shù)方案示意圖蒸發(fā)器ORC機(jī)組冷凝專(zhuān)Ig礦匚 eot/hK1265kW倒和蒸汽的Ceot/h.a.5七汽水換熱器市場(chǎng)前景向心式中低品位余能有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)是先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)， 可有效回收中低溫余熱，并轉(zhuǎn)換為高品質(zhì)電能。該項(xiàng)技術(shù)采用向心渦 輪，是我國(guó)新一代ORC發(fā)電技術(shù)，具有發(fā)電效率高、維護(hù)成本低、 系統(tǒng)安全可靠等特點(diǎn)，解決了高效向心渦輪、系統(tǒng)密封和油路系統(tǒng)、 系統(tǒng)集成等一系列關(guān)鍵技術(shù)，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。通過(guò)示范項(xiàng)目的驗(yàn)證，該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用成熟可靠，節(jié)能效果顯著， 已具備產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的能力。在我國(guó)，建材、化工、冶金等高耗能行業(yè)， 在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)