低溫余熱有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)概要課件

1、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(guó) 資源背景 在我國(guó)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350400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(guó)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(lái)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%-4

2、0%。我國(guó)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（4）煉鋼廠煙氣余熱溫度在300400；（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(yáng)能熱發(fā)電 資源背景設(shè)備名稱排煙溫度， 設(shè)備名稱排煙溫度，鍋爐100300干法水泥窯600800燃機(jī)400550氧吹平爐7001100原油加熱爐350550煉鋅煙化爐10001100柴油機(jī)400煉銅反射爐1100 1300玻璃爐窯650900鎳精煉爐14001600干躁、烘干爐26

3、0600氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐16501900排煙余熱 國(guó)內(nèi)行情工程應(yīng)用：（1）目前國(guó)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(guó)家也為研究投入了大量科研經(jīng)費(fèi)。 政策環(huán)境符合國(guó)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(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七三研究所經(jīng)費(fèi)分配：國(guó)撥專項(xiàng)資金400萬(wàn)，中材150萬(wàn)，七三所250萬(wàn)，中材自籌配套850萬(wàn)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

4、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150180kW，系統(tǒng)效率達(dá)到6%8%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(jiǎn)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?yáng)能等作為熱源。 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(zhǎng)工作在氣液兩相區(qū)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80-3002.透平機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，級(jí)數(shù)1-3級(jí)，安裝調(diào)試簡(jiǎn)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

5、機(jī)工質(zhì)6.對(duì)密封要求非常嚴(yán)格 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(wú)毒、不可燃、不可爆 國(guó)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 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 國(guó)外ORC產(chǎn)品國(guó)外ORC產(chǎn)品以?shī)W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(wú)泄漏，這是最重要的問

6、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(zhǎng)的使用期中，不會(huì)泄漏或很少泄漏；2.使用壽命長(zhǎng)，正確選擇摩擦副材料和比壓的機(jī)械密封可用25年，最長(zhǎng)的達(dá)9年；3.維修周期長(zhǎng)，在

7、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； 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23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 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(zhǎng)、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小；4.可實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的零逸出，是一種環(huán)保型密封；5.