有机朗肯循环低温余热发电系统综述
引言
在工业生产过程中，大量的热能会以余热的形式排放到环境中，造成了能源的浪费。这些废热也可能对环境造成影响。利用余热进行发电，不仅可以提高能源利用效率，还可以减少对环境的影响。有机朗肯循环低温余热发电系统正是一种利用余热发电的新型技术，本文将就有机朗肯循环低温余热发电系统的原理、特点、应用及发展前景进行综述。
一、有机朗肯循环低温余热发电系统的原理
有机朗肯循环低温余热发电系统是利用有机朗肯循环技术，将低温余热转化为电能的一种系统。其原理是利用有机朗肯循环工质和低温热源之间的温差来驱动发电机发电。有机朗肯循环是将有机工质置于一个封闭的循环系统内，利用热能的输入和排出来驱动涡轮机进行发电的一种循环系统。当有机工质受热使得蒸汽压升高时，蒸汽压推动涡轮机工作，从而带动发电机发电；而在冷凝器中，有机工质又被冷却再次变成液态，完成循环。有机朗肯循环低温余热发电系统是通过这样一个闭合的循环系统，将低温余热转化为电能。
二、有机朗肯循环低温余热发电系统的特点
1. 低温工作：有机朗肯循环低温余热发电系统的工作温度低，通常在100°C以下。这使得这种系统可以有效利用那些传统热能利用技术无法利用的低品位热能资源，如煤矿瓦斯、生活污水、工业废热等。
2. 环保高效：有机朗肯循环低温余热发电系统的工作过程无需核心机械设备如大型锅炉或锅炉，排放的废气和废水相对较少，具有较高的环保性。由于其低温工作特点，利用的低品位热能资源不会与食品、药品等高温生产过程相冲突，环保性较好。
3. 经济效益：有机朗肯循环低温余热发电系统具有投资少、成本低、回收期短等特点，从经济角度来看很有吸引力。
4. 可操作性强：有机朗肯循环低温余热发电系统的操作比较简便，不需要特别复杂的操作程序，管理维护成本低。
三、有机朗肯循环低温余热发电系统的应用
印尼项目余热发电厂
方案设计
1 热能供应及电负荷
罕王集团在印尼投资建设450m3高炉的镍铁冶炼项目和40万吨清洁型焦炉项目，并配套燃高炉煤气锅炉用以发电和汽轮机拖动鼓风机以及焦化余热发电项目。
1.1 热能供应
1）余热供应量
40万吨清洁型焦炉共有4组，每2组焦炉共用1个集气总管，配1台余热锅炉，共2台余热锅炉。
在配煤挥发份为24~26%时，每个集气总管外排烟气流量约为100000Nm3/h，烟气温度为900℃左右。
当余热锅炉的排烟温度取为160℃时，每个集气总管通过的高温烟气量可产生蒸汽估算如下：
烟气余热产汽量估算
烟气量Nm3/h 额定工况
备注
100000
烟气温度℃ 900
产生蒸汽t/h 36.4 3.82MPa 450℃
由于蒸汽的产生主要取决于进入锅炉高温烟气的烟气量与烟气温度，而即使是同类型、同容量的清洁型焦炉二者也存在较大差异，其主要原因为：配煤（煤的挥发份），焦炉与烟道的密封，运行管理，出焦周期差异等，使得烟气量和烟气温度差异较大，从而导致余热蒸汽量差异较大；而余热锅炉本身具有10~15%的过负荷能力，基于此，本工程余热锅炉按35t/h出力配置。
2）高炉煤气供应
根据用户提供，450m3高炉除去自用外，尚余3.5×104Nm3/h高炉煤气可用来产生蒸汽供给汽轮机，煤气低位热值约为3.43 MJ/Nm3，据此计算，可产生3.82Mpa，450℃蒸汽约37t/h。 1.2 电负荷
序号 用电设备名称 安装(MW) 备注
1 石灰窑 1.6
2 烧结 9.8
3 450m3 高炉 3.1
4 鼓风机站 0.8
5 空压站 0.6
6 煤气系统 0.3
7 年产40万吨焦炉 0.8
8 合计 17
年耗电量为：13600万kw.h，如汽动鼓风机按8000kw计算，20000万kw.h。
2 装机方案
2.1 装机方案
针对40万吨焦化和450m3高炉，根据锅炉和汽轮机的蒸汽压力和温度的不同，提出如下装机方案：
纯低温余热发电工艺流程、主机设备和工作原理简介
直接利用水泥窑窑头窑尾排放的中低温废气进行余热回收发电，无需消耗燃料，发电过程不产生任何污染，是一种经济效益可观、清洁环保、符合国家清洁节能产业政策的绿色发电技术，具有十分广阔的发展空间与前景。
工艺流程: 凝汽器热水井内的凝结水经凝结水泵泵入No.2闪蒸器出水集箱，与出水汇合,然后通过锅炉给水泵升压泵入AQC锅炉省煤器进行加热,经省煤器加热后的水(223℃)分三路分别送到AQC炉汽包,PH炉汽包和No.1闪蒸器内。进入两炉汽包内的水在锅炉内循环受热,最终产生一定压力下的过热蒸汽作为主蒸汽送入汽轮机做功.进入No.1闪蒸器内的高温水通过闪蒸技术产生一定压力下的饱和蒸汽送入汽轮机第三级后做功，而№.1闪蒸器的出水作为№.2闪蒸器闪蒸饱和蒸汽的热源，№.2闪蒸器闪蒸出的饱和蒸汽送入汽轮机第五级后做功，做过功后的乏汽经过凝汽器冷凝后形成凝结水重新参与热力循环。生产过程中消耗掉的水由纯水装置制取出的纯水经补给水泵打入热水井。
主机设备性能特点：
一、余热锅炉: AQC炉和PH炉
AQC锅炉的设计特点如下: 锅炉型式为立式,锅炉由省煤器、蒸发器、过热器、汽包及热力管道等构成。锅炉前设置一预除尘器（沉降室），降低入炉粉尘。废气流动方向为自上而下,换热管采用螺旋翅片管,以增大换热面积、减少粉尘磨损的作用。锅炉内不易积灰，由烟气带走，故未设置除灰装置，工质循环方式为自然循环方式。
过热器作用：将饱和蒸汽变成过热蒸汽的加热设备，通过对蒸汽的再加热，提高其过热度（温度之差），提高其单位工质的做功能力。
蒸发器作用：通过与烟气的热交换，产生饱和蒸汽。
省煤器作用：设置这样一组受热面，对锅炉给水进行预热，提高给水温度，避免给水进入汽包，冷热温差过大，产生过大热应力对汽包安全形成威胁，同时也避免汽包水位波动过大，造成自动控制困难。一方面最大限度地利用余热，降低排烟温度，另一方面，给水预热后形成高温高压水，作为闪蒸器产生饱和蒸汽的热源。
1 / 9 一、水泥余热发电的工艺流程
从余热发电的工艺流程图我们可以看出，整个系统的设置是：一台PH锅炉，一台AQC锅炉，二级闪蒸器及锅炉给水系统，一套汽轮机发电机及其冷却水系统，水泥工艺线的设备不作大的改动。下面以宁国水泥厂一线的纯低温余热发电为例，分三部分来叙述余热发电的工艺流程。
图1-1 水泥余热发电的工艺流程图
1、含中低温余热废气的工艺流程：
1.1PH锅炉部分：在预热器的废气出口的总管上开孔，用管道将开口处与PH锅炉的入口进行连接；管道的入口处设置一台挡板（编号490），在预热器的废气的总管开孔下部设置一台挡板（编号491），PH锅炉废气的出口用管道连接至窑尾风机入口。
当PH锅炉具备升温条件时，打开490挡板，同时关闭491挡板，这样，预热器出口的350℃，258550Nm3/h的废气被引入PH锅炉，先后通过炉内的过热器、蒸发器后，尚有250℃的废气由窑尾风机抽出，一部分用来烘干生料，另一部分经过增湿塔及窑尾电收尘后排入大气之中。
1.2AQC锅炉部分：在熟料冷却机的4～5室处开口，用管道分别将开口处与AQC炉前端的沉降室入口、EP风机入口相联结。在沉降室入口前设置一台挡板（编号390），在通往EP风机的管道出口处设置一台挡板（编号391）；沉降室出口用2 / 9 管道联接至AQC锅炉入口，锅炉出口用管道联结至EP风机。
当AQC锅炉具备升温条件时，打开390挡板，同时关闭391挡板，篦冷机内的360℃，流量为165300Nm3/h的废气被引入AQC锅炉，先后通过炉内的过热器、蒸发器及省煤器，出口废气温度为91℃，由窑头风机抽出排入大气。
2、锅炉水的工艺流程：
余热电站的热力循环是基本的蒸汽动力循环，即汽、水之间的往复循环过程。:蒸汽进入汽轮机做功后，经凝汽器冷却成凝结水，凝结水经凝结水泵(150A/B)泵入No.2闪蒸器出水集箱，与闪蒸器出水汇合,然后通过锅炉给水泵(230A/B)升压泵入AQC锅炉省煤器进行加热,经省煤器加热后的高温水(223℃)分三路分别送到AQC炉汽包,PH炉汽包和No.1闪蒸器内。进入两炉汽包内的水在锅炉内循环受热,最终产生一定压力下的过热蒸汽作为主蒸汽送入汽轮机做功.进入No.1闪蒸器内的高温水通过闪蒸原理产生一定压力下的饱和蒸汽送入汽轮机后级起辅助做功作用，而No.1闪蒸器的出水作为No.2闪蒸器闪蒸饱和蒸汽的热源，No.2闪蒸器闪蒸出的饱和蒸汽同样送入汽轮机后级辅助做功。做过功后的乏汽经过凝汽器冷凝后形成凝结水重新参与热力循环。生产过程中消耗掉的水由纯水装置制取出的纯水经补给水泵(511)打入热水井(凝汽器140)。锅炉水是整个余热发电炉机内部的循环水。这样，锅炉水经历了一个水→蒸气→水的工艺过程。
