有机朗肯循环中低温余热发电技术ppt课件.ppt
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1、为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 有机朗肯循环有机朗肯循环(ORC)(ORC)中中低温低温余热余热发电技术发电技术介绍介绍天津大学机械工程学院天津大学机械工程学院李惟毅李惟毅 2014.11.52014.11.52Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能能源危机!中低品位热能的回收利用受到重视!如何有效地回收利用中低品位热能?技术应用背景技术应用背景3Depart.Th
2、ermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 技术应用背景技术应用背景 余热余压利用工程是我国余热余压利用工程是我国节能中长期发展专节能中长期发展专项规划项规划中的十大重点节能工程之一。目前在我中的十大重点节能工程之一。目前在我国工业的各个领域中存在大量的低温余热资源国工业的各个领域中存在大量的低温余热资源(350350以下,低压或常压),由于缺乏有效的技以下,低压或常压),由于缺乏有效的技术手段而没有得到充分利用,传统发电技术的工术手段而没有得到充分利用,传统发电技
3、术的工作参数大多为高参数、大容量,无法利用这部分作参数大多为高参数、大容量,无法利用这部分较为分散但总量巨大的能源。而利用有机工质朗较为分散但总量巨大的能源。而利用有机工质朗肯循环,开发新型、高效的低温余热发电系统,肯循环,开发新型、高效的低温余热发电系统,对于提高我国能源利用率、节能减排,保护环境对于提高我国能源利用率、节能减排,保护环境具有重要的意义。具有重要的意义。4Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 目目前前我我国国能能源源形形势势
4、严严峻峻的的根根本本原原因因在在于于用用能能效效率率低低下下。我我国国每每吨吨标标准准煤煤的的产产出出效效率率仅仅相相当当于于日日本本的的10.310.3、美美国国的的28.628.6。我我国国工工业业用用能能中中近近60-60-65%65%的的能能源源转转化化为为余余热热资资源源,其其中中温温度度低低于于350350以以下下的的低低温温余余热热,约约占占余余热热总总量量的的60%60%,目目前前技技术术实现对其有效的回收利用较低。实现对其有效的回收利用较低。技术应用背景技术应用背景5Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色
5、社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 常规水蒸汽朗肯循环发电技术常规水蒸汽朗肯循环发电技术6Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 常规水蒸汽朗肯循环发电技术的特点常规水蒸汽朗肯循环发电技术的特点1.1.系统构成复杂,锅炉给水需要除氧、除盐,在锅炉部件及管路系统构成复杂,锅炉给水需要除氧、除盐,在锅炉部件及管路上需要设置排污及疏放水管路;凝结器里需保持较高的真空度,上需要设置排污及疏放水管路;凝结器里
6、需保持较高的真空度,要设置真空维持系统。要设置真空维持系统。2.2.透平进排气压力低,蒸汽体积较大,透平通流面积较大。透平进排气压力低,蒸汽体积较大,透平通流面积较大。3.3.通常透平进口蒸汽需具有一定的过热度,在余热锅炉中必然要通常透平进口蒸汽需具有一定的过热度,在余热锅炉中必然要设置过热蒸汽加热段,余热锅炉的结构比较复杂。设置过热蒸汽加热段,余热锅炉的结构比较复杂。4.4.需要较多的运行、维修人员,运行成本较高。需要较多的运行、维修人员,运行成本较高。5.5.单机容量不能太小单机容量不能太小,系统满负荷运行率不高。系统满负荷运行率不高。6.6.一般只适用于烟气温度高于一般只适用于烟气温度高
7、于350350以上的余热。以上的余热。为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能有机工质朗肯循环余热发电技术有机工质朗肯循环余热发电技术 (ORC)(ORC)(Organic Rankine Cycle)(Organic Rankine Cycle)中低温余热发电解决方案中低温余热发电解决方案8Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能有机工质余有机工质余热锅炉热锅炉加压泵加压泵储
8、液罐储液罐有机透平有机透平发电机发电机凝汽器凝汽器冷却泵冷却泵中中低低温温烟烟气气烟气余热有机朗肯循环(烟气余热有机朗肯循环(ORCORC)发电系统示意图)发电系统示意图有机工质朗肯循环余热发电技术有机工质朗肯循环余热发电技术有机工质朗肯循环余热发电技术有机工质朗肯循环余热发电技术 (ORC)(ORC)9Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 有机工质朗肯循环余热发电原理有机工质朗肯循环余热发电原理 有机工质朗肯循环有机工质朗肯循环 ,即在传统
9、朗肯循环中采用即在传统朗肯循环中采用有机工质代替水推动膨胀机做功。上图为有机工质代替水推动膨胀机做功。上图为有机工有机工质朗肯循环发电系统质朗肯循环发电系统示意图。低压液态有机工质示意图。低压液态有机工质经过工质泵增压后进入蒸发器吸收热量转变为高经过工质泵增压后进入蒸发器吸收热量转变为高温高压蒸气温高压蒸气 ,高温高压有机工质蒸气推动膨胀机高温高压有机工质蒸气推动膨胀机做功做功,产生能量输出,膨胀机出口的低压蒸气进入产生能量输出,膨胀机出口的低压蒸气进入冷凝器冷凝器 ,向低温热源放热并冷凝为液态向低温热源放热并冷凝为液态,如此往复如此往复循环。循环。10Depart.Thermal Energ
10、y&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 有机工质朗肯循环余热发电原理有机工质朗肯循环余热发电原理 有机工质朗肯循环系统能够实现余热回收和发电的最有机工质朗肯循环系统能够实现余热回收和发电的最低余热资源温度低余热资源温度可到可到8080,(这一温度还可降低,但,(这一温度还可降低,但发电效率会降低,影响经济性)发电效率会降低,影响经济性)这是常规发电技术不这是常规发电技术不能做到的(常规发电要求热源温度在能做到的(常规发电要求热源温度在350350以上),以上),从而拓宽了可以回收发电
11、的余热资源范围,为从而拓宽了可以回收发电的余热资源范围,为建材、建材、冶金、化工冶金、化工等行业的低温余热资源回收提供了技术手等行业的低温余热资源回收提供了技术手段和设备。同时,这项技术还可以推广到段和设备。同时,这项技术还可以推广到可再生能源可再生能源发电发电系统中,(如地热、太阳能和生物质能)为可再系统中,(如地热、太阳能和生物质能)为可再生能源发电提供关键技术和设备。生能源发电提供关键技术和设备。11Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能
12、 可利用的余热可利用的余热余热温度范围:余热温度范围:80350余热的形态:余热的形态:烟气,蒸汽,热水烟气,蒸汽,热水可以扩展的应用:可以扩展的应用:地热利用、太阳能利用、生物质能。地热利用、太阳能利用、生物质能。需要根据具体环境、条件及应用需求进行需要根据具体环境、条件及应用需求进行系统设计系统设计。12Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 国外的研究应用状况国外的研究应用状况 七十年代末,美国研制出利用地热水发电的汽七十年代末,美国研制
13、出利用地热水发电的汽水两相螺杆膨胀机,功率水两相螺杆膨胀机,功率60KW60KW。八十年代后期美。八十年代后期美国完成一台国完成一台1000KW1000KW地热水发电机组,随后,日本地热水发电机组,随后,日本北海道大学进行了氟利昂工质的发电试验,北海道大学进行了氟利昂工质的发电试验,8080年年代后期,日本进行了工业锅炉余热发电研究,功代后期,日本进行了工业锅炉余热发电研究,功率率102KW102KW。近年来,美国,德国,以色列,瑞典都。近年来,美国,德国,以色列,瑞典都有相关研究和产品应用报导。有相关研究和产品应用报导。13Depart.Thermal Energy&Refrigeratio
14、n Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 我校在有机工质朗肯循环发电的研究我校在有机工质朗肯循环发电的研究 天津大学天津大学热能工程系热能工程系和和教育部教育部“中低温热能中低温热能高效利用高效利用”重点实验室重点实验室对有机工质的热物理性对有机工质的热物理性质及热力循环的研究水平位居国内领先水平,质及热力循环的研究水平位居国内领先水平,在在ORCORC技术的理论与实验研究中均取得了具有技术的理论与实验研究中均取得了具有实用价值的成果,早在上世纪实用价值的成果,早在上世纪7070年代,即建成年代,即建成了国内首台
15、了国内首台ORCORC太阳能热发电(太阳能热发电(1kW1kW)实验系统,实验系统,并取得了大量运行实验数据,近年,发表多篇并取得了大量运行实验数据,近年,发表多篇关于关于ORCORC系统的理论实验研究论文,同时拥有系统的理论实验研究论文,同时拥有多项关于有机工质及多项关于有机工质及ORCORC系统构成的发明及实系统构成的发明及实用新型专利用新型专利 。14Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 有机工质朗肯循环余热发电关键设备与技术有机工质朗
16、肯循环余热发电关键设备与技术1.1.螺杆膨胀机螺杆膨胀机2.2.涡轮机(透平)涡轮机(透平)3.3.热交换器热交换器4.4.有机工质优选有机工质优选5.5.发电系统优化设计发电系统优化设计为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能有机工质朗肯循环中低温余热发电有机工质朗肯循环中低温余热发电关键设备之一关键设备之一螺杆膨胀机简介螺杆膨胀机简介16Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人
17、功能 螺杆膨胀机的基本构造螺杆膨胀机的基本构造 螺杆膨胀机是一种依据容积变化原理工作的螺杆膨胀机是一种依据容积变化原理工作的双轴回转式螺杆机械。它的结构与螺杆压缩机双轴回转式螺杆机械。它的结构与螺杆压缩机基本相同,主要由一对螺杆转子、缸体、轴承、基本相同,主要由一对螺杆转子、缸体、轴承、同步齿轮、密封组件以及联轴节等零件组成,同步齿轮、密封组件以及联轴节等零件组成,结构简单,其气缸呈两圆相交的结构简单,其气缸呈两圆相交的“”字形,字形,两根按一定传动比反向旋转相互啮合的螺旋形两根按一定传动比反向旋转相互啮合的螺旋形阴、阳转子平行地置于气缸中。阴、阳转子平行地置于气缸中。17Depart.The
18、rmal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能结构简图结构简图18Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能19Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习近平新时代中国特色社会主义思想和党的十九大精神,贯彻全国教育大会精神,充分发挥中小学图书室育人功能 螺杆膨胀机的工作原理螺杆
19、膨胀机的工作原理 作功介质先进入机内螺杆齿槽作功介质先进入机内螺杆齿槽A A,推动螺杆转,推动螺杆转动,随着螺杆转动,齿槽动,随着螺杆转动,齿槽A A旋转到旋转到B B、C C、D D逐渐加逐渐加长、容积增大,介质降压降温膨胀(或闪蒸)做长、容积增大,介质降压降温膨胀(或闪蒸)做功,最后从齿槽功,最后从齿槽E E排出,功率从主轴阳螺杆输出,排出,功率从主轴阳螺杆输出,亦可通过同步齿轮从阴螺杆输出,亦可通过同步齿轮从阴螺杆输出,驱动风机、压驱动风机、压缩机、水泵或发电机发电等缩机、水泵或发电机发电等。20Depart.Thermal Energy&Refrigeration Eng.为深入学习习
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