低温余热发电ORC有机朗肯循环技术及其产业化
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ORC低温余热发电设备产业行动计划——行业发展实施规划常规的水蒸气朗肯循环中,工质是水蒸气,由四大设备:锅炉、汽轮机、冷凝器和给水泵组成。
工质在热力设备中不断进行等压加热、绝热膨胀、等压放热和绝热压缩四个过程,使热能不断转化为机械能。
当利用低温有机工质(如上述的戊烷)作为循环的工质时,主要设备有:蒸发器、汽轮机、冷凝器和循环泵等。
新时期是全面建设小康社会的关键时期,站在新的历史起点上,产业发展要把握好这个重要的战略机遇期,按照贯彻落实科学发展观的要求,结合产业自身发展的现状和趋势,科学制定具有战略性、前瞻性和导向性的发展规划,全面提升产业的发展水平,对扩大就业,调整经济结构,实现全面建设小康社会的宏伟目标都具有重要的意义。
为加快区域产业结构调整和优化升级,依据国家和xx省产业发展规划,结合区域产业xx年发展情况,制定该规划,请结合实际情况认真贯彻执行。
第一条规划思路产业的发展,要以核心领域为切入点,结合自身资源条件,重点积累关键技术,构建衔接有序的产业链条,以此推进行业的有效聚集发展,增强可持续发展动力,并成为服务区域建设的重要节点产业。
第二条坚持原则1、坚持结构调整。
从严控制产能盲目扩张,加快产业结构优化升级,推进企业兼并重组、淘汰落后和技术进步,提高产业集中度。
2、开放融合。
树立全球视野,对标国际先进,把握“一带一路”重大战略契机,聚焦产业重点领域,探索发展合作新模式,在全球范围配置产业链、创新链和价值链,更大范围、更高层次上参与产业竞争合作,走开放式创新和国际化发展的道路。
3、因地制宜,特色发展。
紧密结合区域发展要素条件,充分发挥比较优势,围绕核心产业,引进培育龙头企业,形成各具特色、差异发展的发展新格局。
4、创新驱动,集聚发展。
加快推进技术创新、管理创新和商业模式创新探索跨界融合、开放共享的集成创新模式,促进区域科技成果转化和产业转移承接,推动龙头项目落地和关联产业集聚,培育特色产业园区、集群,提高行业全要素生产率。
基于有机朗肯循环的ORC低温余热发电技术伴随国际能源价格持续上涨,及对可再生能源、清洁能源的呼声日益升高,有机工质朗肯循环(Organic Rankine Cycle简称ORC)低温发电技术在国际电力工业市场已经成为一个异军突起的黑马。
典型的蒸汽动力发电系统,其工作循环可以理想化为由两个可逆定压过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环,包括以下四个热力学过程:第一步:定压吸热过程,第二步:绝热膨胀过程,第三步:定压放热过程,第四步:绝热加压过程。
该热力循环理论是由19世纪苏格兰工程师W.J.M.Rankine提出,为纪念其取得的成就,蒸汽动力装置的基本循环亦称为为朗肯循环(Rankine Cycle)。
有机工质朗肯循环专指以低沸点(蒸发温度38度,正戊烷)氟碳氢化合物为循环工质的热力系统,ORC低温发电技术就是基于这一工作过程的发电系统,也称有机工质朗肯循环发电。
ORC低温发电技术,这里低温泛指的温度小于150度但大于90度的热源,其低温热源是工业过程废热、太阳能、海洋温差、地热等清洁能源,技术突破点在于研究更低的热源温度以驱动透平做功发电,以适应更多的工况条件。
尽管发电效率低于传统火电,但由于使用的是清洁能源及工业过程中被废弃的低品质余热,因此在国际能源市场发展迅速。
常规的化石燃料发电技术(火力发电),即利用煤炭、重油或天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水,使水变成高温、高压水蒸气,然后再由水蒸气冲转汽轮机驱动发电机来发电。
这个系统中的循环工质是除盐水,由于水的物理性质(一个大气压,100度蒸发),因此传统电力工业追求的是更高的温度计压力,以提高发电效率,如:超临界、超超临界等。
但是提高发电效率的同时,也带来了环境污染、粉尘、气候变化等负面因素。
因此在低温发电领域,ORC与传统的发电技术相比,具备以下几个优势:1)有机工质具有良好的热力学性质,低的沸点及高的蒸气压力使0RC方法比水蒸气朗肯循环具有较高的热效率,对较低温度热源的利用有更高的效率。
低温余热回收有机朗肯循环技术摘要:低温余热广泛存在于高耗能行业中,有机朗肯循环(ORC)利用低温余热发电技术具有众多优势,国内外的许多学者展开了各方面的研究工作,使该技术在工业余热、地热等领域商业化成功。
在采用有机朗肯循环(ORC)发电技术时要充分考虑项目的经济效益,而不能一味地考虑余热的回收效率。
关键词:低温余热有机朗肯循环余热回收经济性分析能源是人类社会生存发展的重要物质基础,攸关国计民生和国家战略竞争力。
“节能减排”是我国可持续发展的一项长远发展战略,也是我国的重要基本国策,随着工业化、城镇化进程加快和消费结构持续升级,我国能源需求刚性增长,资源环境问题仍是制约我国经济社会发展的瓶颈之一,节能减排依然形势严峻、任务艰巨[1]。
加大节能减排设备的研发,即减少能源浪费和环境污染,将创造巨大的经济效益和社会效益。
工业低温余热广泛存在于电力、钢铁、有色金属、建材、石油、化工、煤炭等高耗能行业中,据工信部统计,目前,在七大高耗能行业中余热总资源量约3.5亿吨标煤,其中200℃以下的低品位余热资源约占总余热资源的54%左右,如果将此余热资源加以转换,将可实现约1840万KW的装机规模。
有机朗肯循环(ORC)发电原理有机朗肯循环(ORC)发电系统和传统的朗肯循环发电系统原理相同,区别在于有机朗肯循环采用低沸点的有机工质作为循环工质,最大限度的回收余热资源。
有机朗肯循环(ORC)发电系统主要设备包括:换热器(蒸发器和冷凝器),低沸点工质透平压缩机,膨胀机和发电机等(如图1所示)。
图1 有机朗肯循环(ORC)发电系统图有机朗肯循环(ORC)发电系统主要包括以下4个过程。
:(1)低温低压液体有机工质通过工质泵升压后进入蒸发器中(1-2过程),有机工质泵做功:式中:m——有机工质质量流量(Kg/s)h1——工质泵入口有机工质焓值(KJ/Kg)h2——工质泵出口有机工质焓值(KJ/Kg)——工质泵出口等熵工质焓值(KJ/Kg)——工质泵效率(2)高压低温有机工质进入蒸发器后,被高温流体加热,变成高温高压蒸汽(2-3-4过程),有机工质吸热量为:式中:——蒸发器入口工质焓值(KJ/Kg)——蒸发器出口工质焓值(KJ/Kg)(3)高温高压蒸汽进入膨胀机做功,膨胀机进而拖动发电机发电(4-5过程),膨胀做功量为:式中:——膨胀机入口工质焓值(KJ/Kg)——膨胀机出口工质焓值(KJ/Kg)——膨胀机等熵膨胀效率(4)膨胀后的低压低温蒸汽进入冷凝器,和循环冷却水进行换热,冷却成低温低压液体有机工质,完成整个循环(5-6-1过程)。
石化行业:芳烃装置低温热回收ORC发电技术应用案例国家发展改革委为贯彻落实《中华人民共和国节约能源法》、《国务院关于印发“十二五”节能减排综合性工作方案的通知》和《国务院关于加快发展节能环保产业的意见》规定和要求,加快节能技术进步和推广普及,引导用能单位采用先进适用的节能新技术、新装备、新工艺,促进能源资源节约集约利用,缓解资源环境压力,组织编制了《国家重点节能低碳技术推广目录(2014年本,节能部分)》,目录涉及煤炭、电力、钢铁、有色、石油石化、化工、建材、机械、轻工、纺织、建筑、交通、通信等13个行业,共218项重点节能技术,芳烃装置低温热回收ORC发电技术位列第100项。
石化行业:芳烃装置低温热回收ORC发电技术应用技术报告如下。
一、技术名称:芳烃装置低温热回收发电技术二、技术所属领域及适用范围:石化行业芳烃装置低温热回收三、与该技术相关的能耗及碳排放现状芳烃联合装置中抽余液塔、抽出液塔等精馏塔在常规设计时均为常压塔,塔顶温位较低,难以回收利用。
传统方法采用空冷技术进行冷却,这部分能量散失在大气中而浪费。
据统计,精馏塔采用传统的空冷技术,塔顶所散失的能量约占芳烃装置总能耗的15%左右。
目前该技术可实现节能量5万tce/a,CO2减排约13万t/a。
四、技术内容1.技术原理该技术的芳烃联合装置中抽出液塔、抽余液塔和甲苯塔取消塔顶空冷设备,采用加压操作回收热能,塔顶蒸汽发生器发生0.45MPa蒸汽,发生的蒸汽经二甲苯塔重沸炉对流段过热后,一部分用于驱动歧化循环氢压缩机透平、除氧器除氧及管线伴热外,其余部分用于发电。
成品塔、脱庚烷塔、邻二甲苯塔在常规设计时塔顶温度较低,分别为126℃、124℃、157℃,塔顶热量通常是采用空冷进行冷却,这些低温热就散失掉了。
本设计采用串联加热热水方式,产生70℃/118℃热水,送至装置内热水发电机组发电,热水可以循环利用。
芳烃装置低温热回收发电技术,有效回收原有精馏塔塔顶空冷方式损失的热量,可实现低品位热量的全面利用。
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有机朗肯循环低温余热利用控制技术研究综述摘要:当前的社会背景下,环境问题和能源问题越发严峻,此时,越来越多的社会人员,发现节能环保在行业发展中的重要性,试图通过技术手段,提供生产效率,发挥技术优势,实现可持续发展。
有机朗肯循环也被称作ORC,已经成为多个行业的热点,科研工作人员,可以从不同的环节进行重点分析和研究,基于此,笔者主要针对ORC的运行原理和有机工质进行分类,主要从循环优化、工质筛选和系统参数等方面加以探究,希望通过笔者的分析,体现ORC的应用优势,实现节能环保的生产目标。
关键词:有机朗肯循环;低温余热;利用;控制技术;探讨随着天然气、煤和石油等非可再生能源消耗量的日渐增加,也相应的增加了污染物的排放量,尤其是在当今环境问题和能源问题两个社会性问题的背景下,能源利用率低,成为阻滞社会发展的重要因素,节能减排是我国的基本国策,只有高效利用能源,并运用ORC对低品位热量全方位回收,方可引来更多社会人士的关注,为社会的持续性发展注入动力。
一、ORC浅析所谓的ORC,指的就是将低沸点有机物作为工质的朗肯循环,由膨胀剂、工质泵、蒸发器和冷凝器等四个部分构成,有机工质将会在蒸发器之内不断的吸收热量,产生许多蒸汽,而后进入到膨胀剂内部不断的做功,起到带动机械运作的效果,膨胀机内的蒸汽排出后,再经过冷凝器,将其凝结为液态状,最终,运用工质泵的作用,再次迂回大蒸发器内部,循环往复。
ORC属于一项新式的节能型技术手段,但是我国对于此技术的应用仍旧处于初级阶段,但是,社会各界人士对于它的关注却较多,尤其是在学术领域更是如此,相关的技术研究人员,希望通过有机工质的择选,亦或是优选系统参数等方式,提高ORC技术的应用效率。
二、提高ORC技术应用效率的方案(一)从系统参数优选层面着手其一,研究蒸发压力。
ORC的运作环节,蒸汽压力如若得到相应的提高,将会提高内部温度,系统内部需要吸收的热量也会随之增加,这就间接的说明膨胀机内部做功,可以获得更多的能量输出,还能提高系统运行的有效性和科学性。