ORC低温发电技术及需求.docx

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ORC低温发电技术及需求

ORC低温发电技术及需求

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向心式ORC低温发电机组的应用需求分析

北京华航盛世能源技术有限公司

2014年03月

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：

Ø石化

●炼油装置（过程废热）

●分馏装置（过程废热）

●工艺冷却凝结水

Ø化工

●加热炉、蒸汽锅炉排烟气等

●化工过程废热（合成氨、干馏等）

●煤化工的MTO装置

Ø电力：

锅炉排烟气、乏汽等

Ø造纸：

烘缸、蒸锅废气，黑液等

Ø纺织：

蒸汽凝水

Ø天然气：

LNG压缩机排气热回收

Ø冶金

●放散蒸汽

●耗能设备余热（空压机等）

二、热源形式及参数要求：

热源形式

温度ºC

流量范围m3/h

发电量范围kW

热水/凝结水（洁净）

100

176~215

184~225

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

110000~160000

184~263

240

70000~100000-

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

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济性分析

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**

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。

**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，对工质流体进行冷却。

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─驱动源来自地热或工业余热；

✓零排放─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─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（等熵效率>85%），可靠性高；

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6～8%；

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28.02×105kCal/h，如下表所示。

某石化厂余热资源

来源

温度（ºC）

热负荷（kCal/h）

二甲苯塔底油

215

1.89

二甲苯产品

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80ºC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溴化锂吸收式制冷机组制备5～10ºC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