2021年ORC低温发电技术及需求12104.pdf

*欧阳光明*创编 2021.03.07 向心式ORC低温发电机组的应 用需求分析 欧阳光明（2021.03.07）北京华航盛世能源技术有限公司 2014 年 03 月 目录、行业技术需求 3 二、热源形式及参数要求 4 三、经济性分析 4 四、机组运行原理 5 五、应用案例分析 7 一行业技术需求 向心式 ORC低温发电技术可应用的行业及资源（100 度以上的 热水或 120 度气体含水蒸气及 160 度以上烟气）包括，但不仅限于 以下行业：石化 炼油装置（过程废热）分徭装置（过程废热）工艺冷却凝结水 化工*欧阳光明*创编 2021.03.07 加热炉.蒸汽锅炉排烟气等 化工过程废热（合成氨、干憎等）煤化工的 MTO装置 电力：锅炉排烟气、乏汽等 造纸：烘缸.蒸锅废气，黑液等 纺织：蒸汽凝水 天然气：LNG压缩机排气热回收 冶金 放散茎汽 耗能菽备余热（空压机等）二.热源形式及参数要求：热源形式 温度C 流量范围m3/h 发电量范围kVV 热水/凝结水（洁 净）100 176-215 184225 110 109-155 184-263 125 58-83.5 184-263 气体（洁净）120 420000-510000 184-225 140 180000-250000 184-263 160 110000-160000 184-263 烟气 160 340000-480000 184-263 200 110000160000 184-263 240 70000100000-184-263 综上所述:表中为各热源形式下的流量及发电量区间，仅仅罗列了三个 温度，因为热水在 100度-250 度，烟气可以更高温度，只不过加汽 水换热器即可，因此参数不能全部罗列完全，从发电经济性方面考 虑，在不同热源下，低于最小流量，不建议采用发电，因此，只要 有相同品味的废热就可以进行发电，不仅限于以上行业及装置。三.经济性分析*欧阳光明*创编 2021.03.07 针对“十二五”期间节能减排的巨大压力，国家在制定节能减 排目标的同时，加大了对其奖励和扶持的力度。2014 年，北京市节 能奖励的标准为 600 元/吨标煤。其中，中央财政奖励标准为 240 元/吨标煤，北京市财政奖励标准为 360 元/吨标煤。向心式 ORC 低温余热发电系统经汗 F 性分析 项目 数值 单位 运行小时数 8000 小时/年 净发电功率 242 kW 电价 0.68 元/kWh 年发电收益 131.6 万元 节约标准煤 697 吨/年 减少CO2排放量 1714 吨/年 国家及地方政府节能奖励*41.8 万元 碳交易收入杠 2.7 万元/年 初投资（暂估）400 万元 每年总收益 134.3 万元 回报期 2.67 年 *按 600 元/吨标煤计算。和按 16 元/吨 CO2计算。四.机组运行原理 华航盛世公司和广州北航新兴产业技术研究院共建了新能源余 热发电工程应用中心，研究并改进了航空涡轮膨胀技术，研发出具 有自主知识产权的 ORC低温余热发电系统，制造出国内首台向心 式 ORC 低温发电机组。华航盛世向心式 ORC 发电系统示意图 华航盛世向心式 ORC低温发电系统原理如图 4所示。该系统 包括三个回路：热水回路（红色管道）、有机工质回路（绿色管 道）.冷却水回路（蓝色管道）。1）热源水在图示红色管道内流动，进入机组的蒸发器，将热量 传递给机组内的工质，热源水温度降低并离开蒸发器，送入*欧阳光明*创编 2021.03.07 后续工艺。2）工质在图示绿色管道内封闭循环流动。液态工质进入蒸发 器，吸收热源的热量，成为饱和或过热蒸汽，进入涡轮机，热能转化为机械能，带动发电机向外输出电力。过热工质蒸 汽随后进入冷凝器，被冷却水冷却成为液体，进入工质泵。工质泵驱动工质循环流动。3）冷却水在图示蓝色管道内流动。冷却水在水泵驱动下，进入 机组的冷凝器，对工质流体逬行冷却。冷却水温度升高并离 开冷凝器，送入冷却塔将热量散至大气环境。华航盛世向心式 ORC 发电系统解决了国内中低温余热无法发 电的技术难题，具有良好的经济效益和社会效益，填补了我国大型 低温余热发电设备的空白。该系统的功能具有以下特点：/零燃料成本一驱动源来自地热或工业余热；/零排放一封闭式循环系统；/系统采用软并网技术，并网平稳，无扰动，安全可靠；/优秀可靠的智能控制系统，保证机组安全可靠运行，完善 的本地监控系统和集中监控系统，实现便捷的本地和远程 操控；/可不间断供电一基荷运行；/模块化系统，设备占地小，便于运输和安装。华航盛世向心式 ORC 发电系统的核心技术居世界先进水平。与同类产品相比，具有如下技术及性能优势：1）采用航空技术的高效向心式透平，能量转换能力强（等焰 效率85%）,可靠性高；*欧阳光明*创编 2021.03.07 2）针对 R245fa工质特性专门设计的透平机；3）余热回收热效率高，机组单位热水发电量高；4）自主知识产权的 ORC半封闭异步发电机，解决了泄漏难 题；5）独特的油路系统设计，减小系统内部功耗；6）机组自耗电少，仅为总发电量的 6一 8%;7）系统易磨损部件采用航空材料，机组寿命长，设计年限达 20 年；五.应用案例分析 案例一 以某石化厂的某装置为例，该系统共有5 股不同温度等级的余 热资源（液态水），总余热量为 28.02 xl05kCal/h,如下表所示。某石化厂余热资源 来源 温度（C）热负荷(kCal/h)二甲苯塔底油 215 1.89 一甲苯产品 205 3.26 蒸发塔顶 147 7.39 重整油塔顶 104 9.89 苯塔顶 98 5.59 目前该厂对这 5 股余热资源进行集中冷却处理，降温至 802 C 左右，送入后续工艺循环使用。冷却设备为空冷器。经分析，该厂余热资源的品质非常适合用于 ORC 发电。此 外，如果现场有用冷和供暖需求，还可以将发完电后的热水用漠化*欧阳光明*创编 锂吸收式制冷机组制备 5_102 C 的冷冻水，冬季还可同时用于供 暖，形成冷热电梯级利用的综合解决方案，如图所示。石化厂热水余热综合利用解决方案 该解决方案具有如下特点：/余热梯级利用，能源利用率可达 98%:高品位热用于发 电，中品位热用于制冷，低品位热用于供暖/工艺预热；“系统控制较灵活，发电系统、制冷系统、供热系统之间热 负荷可调节；/各系统可根据资源情况以及用户情况灵活搭配；/可降低冷却能耗。案例二 某液化天然气厂生产工艺中，天然气经过大型压缩机加压后，温度升高，再通过冷却系统进行降温。该部分废热最终白白排放至环境，冷却塔每年还因此产生大量 的漂水损失。通过分析计算可采用ORC发电技术将余热回收利 用。LNG大型压缩机余热发电解决方案如下图所示。在节能的同 时，该方案最大限度地减小了对原系统工艺的影响。LNG 大型压缩机余热发电解决方案 2021.03.07