低溫余熱有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)概要課件

低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)透平——低溫余熱發(fā)電技術(shù)李春國低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)透平李春國資源背景在我國的工業(yè)過程中，存在大量80-300℃范圍內(nèi)的低溫?zé)嵩?，這些低溫?zé)嵩粗饕菬崴?、煙氣和固態(tài)渣。比如：（1）水泥生產(chǎn)過程中存在大量350~400℃以下的余熱，占總耗熱量的35%以上。產(chǎn)能5000t/d水泥生產(chǎn)線，尚未利用的150℃左右余熱煙氣（如窯尾電收塵器入口），新增發(fā)電量1000kW，提高發(fā)電量10%-12%，全國有690余條這樣的生產(chǎn)線（2010）；（2）在冶金和鋼鐵企業(yè)，可回收鋼鐵企業(yè)的沖渣廢熱水（80-90℃），可以為每個(gè)企業(yè)帶來MW級(jí)的電能；（3）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(gè)三峽工程的年發(fā)電量。

資源背景在我國的工業(yè)過程中，存在大量80-300資源背景（4）煉鋼廠煙氣余熱溫度在300~400℃；（5）在電力行業(yè)，存在許多需要減溫減壓的蒸汽，如鍋爐連排水余熱回收潛力巨大

（6）有色金屬冶金，電解鋁低溫?zé)煔?。?）使得100-220℃的中低溫地?zé)豳Y源；（8）太陽能熱發(fā)電

資源背景（4）煉鋼廠煙氣余熱溫度在300~400℃；資源背景設(shè)備名稱排煙溫度，℃

設(shè)備名稱排煙溫度，℃鍋爐100～300干法水泥窯600～800燃機(jī)400～550氧吹平爐700～1100原油加熱爐350～550煉鋅煙化爐1000～1100柴油機(jī)＞400煉銅反射爐1100～1300玻璃爐窯650～900鎳精煉爐1400～1600干躁、烘干爐260～600氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐1650～1900排煙余熱

資源背景設(shè)備名稱排煙溫度，℃設(shè)備名稱排煙溫度，℃鍋爐10國內(nèi)行情工程應(yīng)用：（1）目前國內(nèi)ORC僅應(yīng)用于西藏地?zé)岚l(fā)電，采用以色列ORMAT的ORC透平（2）包鋼煙氣ORC發(fā)電，正處于試運(yùn)行階段，由西安交大程代京教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)高校和企業(yè)研究：目前大量企業(yè)與高校聯(lián)合開發(fā)ORC透平，國家也為研究投入了大量科研經(jīng)費(fèi)。國內(nèi)行情工程應(yīng)用：政策環(huán)境符合國家節(jié)能減排政策，幾乎每個(gè)省都有相關(guān)支持項(xiàng)目比如黑龍江：題目：低溫?zé)嵩窗l(fā)電裝置的研制合作單位：中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇三研究所經(jīng)費(fèi)分配：國撥專項(xiàng)資金400萬，中材150萬，七〇三所250萬，中材自籌配套850萬目標(biāo)：針對(duì)150℃左右水泥窯余熱煙氣及水泥窯筒體輻射余熱，采用200kW徑流式汽輪機(jī)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)電量150~180kW，系統(tǒng)效率達(dá)到6%~8%政策環(huán)境符合國家節(jié)能減排政策，幾乎每個(gè)省都有相關(guān)支持項(xiàng)目解決方案根據(jù)有機(jī)工質(zhì)低沸點(diǎn)的特點(diǎn)，采用有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)（簡稱ORC）透平，可以利用工業(yè)過程的低溫?zé)嵩催M(jìn)行發(fā)電或者拖動(dòng)設(shè)備，也可應(yīng)用于地?zé)?、太陽能等作為熱源?/p>

ORC透平類型:(1)軸流透平：功率范圍大，應(yīng)用廣泛(2)向心透平：轉(zhuǎn)速高，效率高，功率小(3)螺桿膨脹機(jī):效率低，擅長工作在氣液兩相區(qū)解決方案根據(jù)有機(jī)工質(zhì)低沸點(diǎn)的特點(diǎn)，采用有機(jī)工質(zhì)朗肯循ORC循環(huán)以熱水作為熱源的ORC循環(huán)圖

ORC循環(huán)以熱水作為熱源的ORC循環(huán)圖

ORC透平特點(diǎn)1.可利用熱源溫度80-300℃2.透平機(jī)構(gòu)簡單，級(jí)數(shù)1-3級(jí)，安裝調(diào)試簡單3.排氣壓力相對(duì)于環(huán)境處于正壓。4.干流體，不存在對(duì)葉片和流道的水蝕5.工質(zhì)采用低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)6.對(duì)密封要求非常嚴(yán)格ORC透平特點(diǎn)1.可利用熱源溫度80-300℃工質(zhì)選擇工質(zhì)選擇的原則：(1)化學(xué)穩(wěn)定性好；(2)具有較低的臭氧破壞性和溫室效應(yīng)；(3)傳熱性能好；(4)價(jià)格低廉；(5)無毒、不可燃、不可爆國內(nèi)研究根據(jù)各自情況采用比較多的工質(zhì)是R245fa、R123和R134a。工質(zhì)選擇工質(zhì)選擇的原則：(1)化學(xué)穩(wěn)定性好；(2)工質(zhì)選擇——冷凝溫度冷凝溫度（℃）冷凝壓力（Mpa）R245fa400.25R123400.15正丁烷400.38正戊烷400.12水400.007在冷凝溫度40℃時(shí)，有機(jī)工質(zhì)（表前4種工質(zhì)）均背壓運(yùn)行，相對(duì)于水蒸汽工質(zhì)，設(shè)備部需要真空設(shè)備工質(zhì)選擇——冷凝溫度冷凝溫度（℃）冷凝壓力（Mpa）R24國外ORC產(chǎn)品國外ORC產(chǎn)品以奧馬特為代表國外ORC產(chǎn)品國外ORC產(chǎn)品以奧馬特為代表關(guān)鍵問題共同的關(guān)鍵技術(shù)問題：對(duì)泄漏的要求幾乎是完全無泄漏，這是最重要的問題。解決方案：采用機(jī)械密封，或者采用磁力軸承的發(fā)電機(jī)和透平一體結(jié)構(gòu)。跟具體工質(zhì)有關(guān)的問題：易燃易爆、有毒、溫室氣體、破壞臭氧層氣體1.烷烴：具有易燃易爆2.R134a：毒性非常低、在空氣中不可燃，環(huán)境壓力下沸點(diǎn)-26℃3.R123：的綜合性能很好（臭氧消耗潛值ODP值很小、全球變暖潛值GWP值亦較小等），環(huán)境壓力下沸點(diǎn)27℃

4.R245FA：安全，環(huán)境壓力下沸點(diǎn)14℃關(guān)鍵問題共同的關(guān)鍵技術(shù)問題：對(duì)泄漏的要求幾乎是完全無泄漏，這接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封優(yōu)點(diǎn)1.密封可靠，在一個(gè)較長的使用期中，不會(huì)泄漏或很少泄漏；2.使用壽命長，正確選擇摩擦副材料和比壓的機(jī)械密封可用2—5年，最長的達(dá)9年；3.維修周期長，在正常工作的情況下，不需要維修；摩擦功率消耗少；3.軸或軸套不受磨損；4.對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的振擺和軸對(duì)殼體孔的偏斜不敏感；5.適用范圍廣，能用于低溫、高溫、高真空、高壓、各種轉(zhuǎn)速以及各種腐蝕、易燃、易爆、有毒介質(zhì)的密封接觸式機(jī)械密封優(yōu)點(diǎn)接觸式機(jī)械密封缺點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)制造加工要求高；2.安裝與更換比較麻煩，要求工人有一定的安裝技術(shù)水平；3.發(fā)生偶然事故時(shí)，處理比較困難；接觸式機(jī)械密封缺點(diǎn)非接觸式機(jī)械密封干氣密封非接觸式機(jī)械密封干氣密封非接觸式機(jī)械密封干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封氣體被吸入動(dòng)壓槽內(nèi)，由外徑朝向中心，徑向分量朝著密封堰流動(dòng)。由于密封堰的節(jié)流作用，進(jìn)入密封面的氣體被壓縮，氣體壓力升高。在該壓力作用下，密封面被推開，流動(dòng)的氣體在兩個(gè)密封面間形成一層很薄的氣膜，此氣膜厚度一般在3微米左右。氣體動(dòng)力學(xué)研究表明，當(dāng)干氣密封兩端面間的間隙在2—3微米時(shí)，通過間隙的氣體流動(dòng)層最為穩(wěn)定。當(dāng)氣體靜壓力、彈簧力形成的閉合力與氣膜反力相等時(shí)，該氣膜厚度十分穩(wěn)定。干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)示意圖非接觸式機(jī)械密封干氣密封旋轉(zhuǎn)環(huán)示意圖非接觸式機(jī)械密封非接觸式機(jī)械密封非接觸式機(jī)械密封與接觸式機(jī)械密封比較1.密封使用壽命長、運(yùn)行穩(wěn)定可靠；2.密封功率消耗小，僅為接觸式機(jī)械密封的5%左右；3.與其他非接觸式密封相比，干氣密封氣體泄漏量??；4.可實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的零逸出，是一種環(huán)保型密封；5.密封輔助系統(tǒng)簡單、可靠，使用中不需要維護(hù)；非接觸式機(jī)械密封與接觸式機(jī)械密封比較特殊軸承通過特殊軸承，透平和發(fā)電機(jī)在同一轉(zhuǎn)子上，公用軸承，透平轉(zhuǎn)子密封在汽缸內(nèi)，徹底解決了泄漏問題（1）磁力軸承：性能好，價(jià)格高（2）工質(zhì)軸承：技術(shù)不成熟，需要試驗(yàn)研究探測(cè)可能存在的問題特殊軸承通過特殊軸承，透平和發(fā)電機(jī)在同一轉(zhuǎn)子上，公用軸承，

謝謝！謝謝！低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)透平——低溫余熱發(fā)電技術(shù)李春國低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)透平李春國資源背景在我國的工業(yè)過程中，存在大量80-300℃范圍內(nèi)的低溫?zé)嵩?，這些低溫?zé)嵩粗饕菬崴?、煙氣和固態(tài)渣。比如：（1）水泥生產(chǎn)過程中存在大量350~400℃以下的余熱，占總耗熱量的35%以上。產(chǎn)能5000t/d水泥生產(chǎn)線，尚未利用的150℃左右余熱煙氣（如窯尾電收塵器入口），新增發(fā)電量1000kW，提高發(fā)電量10%-12%，全國有690余條這樣的生產(chǎn)線（2010）；（2）在冶金和鋼鐵企業(yè)，可回收鋼鐵企業(yè)的沖渣廢熱水（80-90℃），可以為每個(gè)企業(yè)帶來MW級(jí)的電能；（3）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(gè)三峽工程的年發(fā)電量。

資源背景在我國的工業(yè)過程中，存在大量80-300資源背景（4）煉鋼廠煙氣余熱溫度在300~400℃；（5）在電力行業(yè)，存在許多需要減溫減壓的蒸汽，如鍋爐連排水余熱回收潛力巨大

（6）有色金屬冶金，電解鋁低溫?zé)煔?。?）使得100-220℃的中低溫地?zé)豳Y源；（8）太陽能熱發(fā)電

資源背景（4）煉鋼廠煙氣余熱溫度在300~400℃；資源背景設(shè)備名稱排煙溫度，℃

設(shè)備名稱排煙溫度，℃鍋爐100～300干法水泥窯600～800燃機(jī)400～550氧吹平爐700～1100原油加熱爐350～550煉鋅煙化爐1000～1100柴油機(jī)＞400煉銅反射爐1100～1300玻璃爐窯650～900鎳精煉爐1400～1600干躁、烘干爐260～600氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐1650～1900排煙余熱

資源背景設(shè)備名稱排煙溫度，℃設(shè)備名稱排煙溫度，℃鍋爐10國內(nèi)行情工程應(yīng)用：（1）目前國內(nèi)ORC僅應(yīng)用于西藏地?zé)岚l(fā)電，采用以色列ORMAT的ORC透平（2）包鋼煙氣ORC發(fā)電，正處于試運(yùn)行階段，由西安交大程代京教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)高校和企業(yè)研究：目前大量企業(yè)與高校聯(lián)合開發(fā)ORC透平，國家也為研究投入了大量科研經(jīng)費(fèi)。國內(nèi)行情工程應(yīng)用：政策環(huán)境符合國家節(jié)能減排政策，幾乎每個(gè)省都有相關(guān)支持項(xiàng)目比如黑龍江：題目：低溫?zé)嵩窗l(fā)電裝置的研制合作單位：中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇三研究所經(jīng)費(fèi)分配：國撥專項(xiàng)資金400萬，中材150萬，七〇三所250萬，中材自籌配套850萬目標(biāo)：針對(duì)150℃左右水泥窯余熱煙氣及水泥窯筒體輻射余熱，采用200kW徑流式汽輪機(jī)有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)發(fā)電量150~180kW，系統(tǒng)效率達(dá)到6%~8%政策環(huán)境符合國家節(jié)能減排政策，幾乎每個(gè)省都有相關(guān)支持項(xiàng)目解決方案根據(jù)有機(jī)工質(zhì)低沸點(diǎn)的特點(diǎn)，采用有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)（簡稱ORC）透平，可以利用工業(yè)過程的低溫?zé)嵩催M(jìn)行發(fā)電或者拖動(dòng)設(shè)備，也可應(yīng)用于地?zé)帷⑻柲艿茸鳛闊嵩础?/p>

ORC透平類型:(1)軸流透平：功率范圍大，應(yīng)用廣泛(2)向心透平：轉(zhuǎn)速高，效率高，功率小(3)螺桿膨脹機(jī):效率低，擅長工作在氣液兩相區(qū)解決方案根據(jù)有機(jī)工質(zhì)低沸點(diǎn)的特點(diǎn)，采用有機(jī)工質(zhì)朗肯循ORC循環(huán)以熱水作為熱源的ORC循環(huán)圖

ORC循環(huán)以熱水作為熱源的ORC循環(huán)圖

ORC透平特點(diǎn)1.可利用熱源溫度80-300℃2.透平機(jī)構(gòu)簡單，級(jí)數(shù)1-3級(jí)，安裝調(diào)試簡單3.排氣壓力相對(duì)于環(huán)境處于正壓。4.干流體，不存在對(duì)葉片和流道的水蝕5.工質(zhì)采用低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)6.對(duì)密封要求非常嚴(yán)格ORC透平特點(diǎn)1.可利用熱源溫度80-300℃工質(zhì)選擇工質(zhì)選擇的原則：(1)化學(xué)穩(wěn)定性好；(2)具有較低的臭氧破壞性和溫室效應(yīng)；(3)傳熱性能好；(4)價(jià)格低廉；(5)無毒、不可燃、不可爆國內(nèi)研究根據(jù)各自情況采用比較多的工質(zhì)是R245fa、R123和R134a。工質(zhì)選擇工質(zhì)選擇的原則：(1)化學(xué)穩(wěn)定性好；(2)工質(zhì)選擇——冷凝溫度冷凝溫度（℃）冷凝壓力（Mpa）R245fa400.25R123400.15正丁烷400.38正戊烷400.12水400.007在冷凝溫度40℃時(shí)，有機(jī)工質(zhì)（表前4種工質(zhì)）均背壓運(yùn)行，相對(duì)于水蒸汽工質(zhì)，設(shè)備部需要真空設(shè)備工質(zhì)選擇——冷凝溫度冷凝溫度（℃）冷凝壓力（Mpa）R24國外ORC產(chǎn)品國外ORC產(chǎn)品以奧馬特為代表國外ORC產(chǎn)品國外ORC產(chǎn)品以奧馬特為代表關(guān)鍵問題共同的關(guān)鍵技術(shù)問題：對(duì)泄漏的要求幾乎是完全無泄漏，這是最重要的問題。解決方案：采用機(jī)械密封，或者采用磁力軸承的發(fā)電機(jī)和透平一體結(jié)構(gòu)。跟具體工質(zhì)有關(guān)的問題：易燃易爆、有毒、溫室氣體、破壞臭氧層氣體1.烷烴：具有易燃易爆2.R134a：毒性非常低、在空氣中不可燃，環(huán)境壓力下沸點(diǎn)-26℃3.R123：的綜合性能很好（臭氧消耗潛值ODP值很小、全球變暖潛值GWP值亦較小等），環(huán)境壓力下沸點(diǎn)27℃

4.R245FA：安全，環(huán)境壓力下沸點(diǎn)14℃關(guān)鍵問題共同的關(guān)鍵技術(shù)問題：對(duì)泄漏的要求幾乎是完全無泄漏，這接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封接觸式機(jī)械密封優(yōu)點(diǎn)1.密封可靠，在一個(gè)較長的使用期中，不會(huì)泄漏或很少泄漏；2.使用壽命長，正確選擇摩擦副材料和比壓的機(jī)械密封可用2—5年，最長的達(dá)9年；3.維修周期長，在正常工作的情況下，不需要維修；摩擦功率消耗少；3.軸或軸套不受磨損；4.對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的振擺和軸對(duì)殼體孔的偏斜不敏感；5.適用范圍廣，能用于低溫、高溫、高真空、高壓、各種轉(zhuǎn)速以及各種腐蝕、易燃、易爆、有毒介質(zhì)的密封接觸式機(jī)械密封優(yōu)點(diǎn)接觸式機(jī)械密封缺點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)制造加工要求高；