低温余热发电ORC有机朗肯循环技术及其产业化教学课件.ppt

1、20112011年年3 3月月1.1.工业余热资源工业余热资源 目前我国能源形势严峻的根本原因在于用能效率低下。我目前我国能源形势严峻的根本原因在于用能效率低下。我国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.310.3、美国的、美国的28.628.6。我国工业用能中近。我国工业用能中近60-65%60-65%的能源转化为余热资源，其中温的能源转化为余热资源，其中温度低于度低于350350以下的低温余热，约占余热总量的以下的低温余热，约占余热总量的60%60%，目前技术，目前技术尚无法实现对其有效的回收利用。尚无法实现对其有效的回收利用。按品质分类按品质分类 高

2、品位高品位余热余热(900)47%中品位中品位余热余热(400900)30%低品位低品位余热余热(400)23%回收潜力回收潜力回收潜力回收潜力回收潜力回收潜力 我国钢铁冶金余热总量达我国钢铁冶金余热总量达1500015000万万tce/atce/a，目前平均余热回，目前平均余热回收水平仅为收水平仅为30%30%。主要原因在于我国现有技术难以回收。主要原因在于我国现有技术难以回收数量庞大数量庞大的中低温余热的中低温余热。因此，我国钢铁工业中有大量的中低温余热资。因此，我国钢铁工业中有大量的中低温余热资源可供开发。源可供开发。我国有色冶金行业存在大量我国有色冶金行业存在大量的容易收集的温度在的容

3、易收集的温度在6060以上的以上的液态余热（如冷却水）及低压蒸液态余热（如冷却水）及低压蒸汽，据不完全统计蕴含可用的热汽，据不完全统计蕴含可用的热能约能约1800 1800 万万tcetce/a/a，潜在发电能，潜在发电能力相当于力相当于3/43/4个三峡工程发电量。个三峡工程发电量。1.1.水泥工业：水泥工业：随着新型干法水泥熟料技术在全国范围内的随着新型干法水泥熟料技术在全国范围内的推广、普及，水泥生产过程中存在大量推广、普及，水泥生产过程中存在大量350-400350-400以下的余热不以下的余热不能充分利用，这部分热量占到水泥熟料烧成总耗热量能充分利用，这部分热量占到水泥熟料烧成总耗热

4、量3535以上以上造成的能源浪费高得惊人。我国水泥低温余热潜在的发电容量造成的能源浪费高得惊人。我国水泥低温余热潜在的发电容量约在约在800800亿亿kWh/akWh/a，相当于，相当于1 1个三峡工程的年发电量个三峡工程的年发电量 。水泥窑炉水泥窑炉陶瓷窑炉陶瓷窑炉玻璃窑炉玻璃窑炉 2.2.陶瓷工业：陶瓷工业：日用陶瓷烧制窑炉排烟温度一般在日用陶瓷烧制窑炉排烟温度一般在200-300200-300，排烟带走的热量损失约占总热量的排烟带走的热量损失约占总热量的20%-40%20%-40%。我国现有陶瓷生产。我国现有陶瓷生产企业约企业约30003000家，余热发电能力约家，余热发电能力约1200

5、1200亿亿kWh/akWh/a,相当于相当于2 2个三峡工个三峡工程的年发电量。程的年发电量。3.3.玻璃生产工业：玻璃生产工业：我国投入使用的浮法玻璃生产线有我国投入使用的浮法玻璃生产线有130130条条左右，平均每条日熔化左右，平均每条日熔化500t500t玻璃；平拉法平板玻璃生产线玻璃；平拉法平板玻璃生产线3030条，条，平均每条日熔化平均每条日熔化200t200t玻璃；两项合计年能耗总量约为玻璃；两项合计年能耗总量约为52052010105 5 t t重油重油。余热发电潜力约。余热发电潜力约300300亿亿kWh/akWh/a。2.2.地热能地热能 地热是一种可持续发展的能源，我国的

6、地热资源分布很广，地热是一种可持续发展的能源，我国的地热资源分布很广，资源储量约为资源储量约为4.44.410102727kJkJ，蕴含发电能力可达，蕴含发电能力可达6.74GW6.74GW。3.3.太阳能太阳能 我国我国2/32/3的面积年日照时间在的面积年日照时间在23002300小时以上，每平方米太阳能年小时以上，每平方米太阳能年辐射总量辐射总量3340-8400MJ3340-8400MJ，陆地表面每，陆地表面每年接收的太阳辐射能相当于年接收的太阳辐射能相当于1700017000亿亿吨标准煤吨标准煤，而且分布极为广泛，而且分布极为广泛 ，蕴，蕴含的发电能力约含的发电能力约14001400

7、万亿万亿kWh/akWh/a，是，是我国一年总发电量的近我国一年总发电量的近300300倍倍。西藏羊八井地热发电西藏羊八井地热发电 非聚焦太阳能集热发电示意非聚焦太阳能集热发电示意 1.1.技术现状技术现状常规水蒸汽朗肯循环用于烟气余热回收发电流程图常规水蒸汽朗肯循环用于烟气余热回收发电流程图 1.1.系统构成复杂，锅炉给水需要除氧、除盐，在锅炉部件系统构成复杂，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，要设置真空维持系统。真空度，要设置真空维持系统。2.2.透平进排气压力低，蒸汽比体积

8、较大，导致透平通流面透平进排气压力低，蒸汽比体积较大，导致透平通流面积较大。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，导致余热锅炉的结构比较复杂。必然要设置过热蒸汽加热段，导致余热锅炉的结构比较复杂。4.4.管道内容易结垢及生锈，维修成本较高，寿命较短。管道内容易结垢及生锈，维修成本较高，寿命较短。5.5.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。6.6.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。7.7.一般只适用于烟气温度高

9、于一般只适用于烟气温度高于350350以上的余热。以上的余热。常规水蒸汽朗肯循环发电技术的缺点常规水蒸汽朗肯循环发电技术的缺点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 1.1.效率高效率高,系统构成简单，不需要设置除氧、除盐、排污及系统构成简单，不需要设置除氧、除盐、排污及疏放水设施；凝结器里一般处于略高于环境大气压力的正压，疏放水设施；凝结器里一般处于略高于环境大气压力的正压，不需设置真空维持系统。不需设置真空维持系统。2.2.透平进排气压力高，所需通流面积较小，透平尺寸小。透平进排气压力高，所需通流面积较小，透平尺寸小。3.3.使用干流体时，

10、余热锅炉中不必设置过热段，工质蒸汽使用干流体时，余热锅炉中不必设置过热段，工质蒸汽直接以饱和气体进透平膨胀做功。直接以饱和气体进透平膨胀做功。4.4.可实现远程控制，无人值守，需要极少的运行、维修人可实现远程控制，无人值守，需要极少的运行、维修人员，运行成本很低。员，运行成本很低。5.5.单机容量可从几单机容量可从几kWkW到数千到数千kWkW。6.6.系统部件、设备可实现标准模块化生产，能缩短安装周系统部件、设备可实现标准模块化生产，能缩短安装周期，降低制造成本。期，降低制造成本。7.7.适用于温度高于适用于温度高于70 70 以上的低温余热源。以上的低温余热源。ORCORC发电技术的优点发

11、电技术的优点 1.1.提出了超临界有机朗肯循环及多元混合工质有机朗肯循提出了超临界有机朗肯循环及多元混合工质有机朗肯循环，可减少有机锅炉中由于传热温差不均衡导致的额外熵增，环，可减少有机锅炉中由于传热温差不均衡导致的额外熵增，提高系统的（火用）效率。提高系统的（火用）效率。1234561234TSTS膨胀末级处于湿蒸汽区膨胀末级处于湿蒸汽区膨胀末级处于过热蒸汽区膨胀末级处于过热蒸汽区 2.2.提出了多级蒸发有机朗肯循环、复叠式有机朗肯循环及提出了多级蒸发有机朗肯循环、复叠式有机朗肯循环及多级多级-复叠式有机朗肯循环，最大限度实现传热过程的温度微匹复叠式有机朗肯循环，最大限度实现传热过程的温度微

12、匹配。配。多级蒸发有机朗肯循环多级蒸发有机朗肯循环水蒸汽水蒸汽-有机朗肯复叠循环有机朗肯复叠循环 3.3.建立了低温热能发电建立了低温热能发电ORCORC系统的优化设计方法。系统的优化设计方法。单目标优化法单目标优化法 单位换热面积输出功率单位换热面积输出功率 余热锅炉紧凑性指标余热锅炉紧凑性指标 余热锅炉单位容积输出功率余热锅炉单位容积输出功率 多目标优化法多目标优化法 单位换热面积输出功率单位换热面积输出功率 余热锅炉单位容积输出功率余热锅炉单位容积输出功率 年度化总成本最小优化法年度化总成本最小优化法 年度化净利润最大优化法年度化净利润最大优化法 单位成本净利润最大优化法单位成本净利润最

13、大优化法经济优化法经济优化法 1.1.已申请多项国家专利已申请多项国家专利 专利名称：专利名称：No.1 No.1 超临界朗肯循环回收低温余热动力的方法超临界朗肯循环回收低温余热动力的方法,申请号申请号200810058497.9200810058497.9 No.2 No.2 混合工质分散式低温太阳能热力发电系统及工艺混合工质分散式低温太阳能热力发电系统及工艺,申请号申请号200810058626.2200810058626.2 No.3 No.3 一种用于低沸点工质低温热能热力发电和工业余压动一种用于低沸点工质低温热能热力发电和工业余压动力回收透平装置力回收透平装置,申请号申请号20082

14、0081418.X200820081418.X No.4 No.4 分散式低温太阳能热力发电系统及工艺分散式低温太阳能热力发电系统及工艺,申请号申请号200810058714.200810058714.2.2.已完成已完成ORCORC低温余热发电工质的热物性及传热特性的研究低温余热发电工质的热物性及传热特性的研究 3.3.已完成对昆钢高线三段式加热炉排烟余热发电已完成对昆钢高线三段式加热炉排烟余热发电100kW ORC100kW ORC样机系统的仿真与方案设计。样机系统的仿真与方案设计。样机拟从这根样机拟从这根管道下部取烟管道下部取烟 4.4.已初步完成对采用空调离心式冷水机组构建已初步完成对

15、采用空调离心式冷水机组构建ORCORC系统可行系统可行性的理论分析，建立了该性的理论分析，建立了该ORCORC系统的性能模拟数学模型，同时制系统的性能模拟数学模型，同时制定了下一步的试验方案及产业化技术措施。定了下一步的试验方案及产业化技术措施。5.5.在研究经费保证的情况下，预计在在研究经费保证的情况下，预计在3 3 6 6年内便可初步实现年内便可初步实现低温烟气余热发电低温烟气余热发电ORCORC技术的产业化（完成技术的产业化（完成1000kWe1000kWe的示范工的示范工程），程），5 5 8 8年内便可初步实现液体余热及低温太阳能发电年内便可初步实现液体余热及低温太阳能发电ORCOR

16、C技技术的产业化（完成术的产业化（完成2000kWe2000kWe的示范工程的示范工程)。1.1.研发有机朗肯循环中低温烟气余热发电核心技术（防腐研发有机朗肯循环中低温烟气余热发电核心技术（防腐低温烟气高效换热设备、循环工质的研发、低温烟气高效换热设备、循环工质的研发、ORCORC系统的优化设计、系统的优化设计、低温高效换热器、有机工质膨胀机研制、设备运行控制系统的低温高效换热器、有机工质膨胀机研制、设备运行控制系统的开发）、实现技术产业化，完成中低温烟气余热发电开发）、实现技术产业化，完成中低温烟气余热发电ORCORC系统定系统定型产品模块的标准化设计及加工制造。型产品模块的标准化设计及加工

17、制造。2.2.在冶金、水泥、陶瓷、玻璃、化工、轻纺等大中型工业在冶金、水泥、陶瓷、玻璃、化工、轻纺等大中型工业窑炉废气余热回收项目上推广中低温烟气余热发电窑炉废气余热回收项目上推广中低温烟气余热发电ORCORC技术。技术。3.3.研究工业液体余热驱动的有机朗肯循环发电和非聚焦型研究工业液体余热驱动的有机朗肯循环发电和非聚焦型低温太阳能有机朗肯循环发电技术（低温太阳能有机朗肯循环发电技术（S-ORCS-ORC），开发相关定型设），开发相关定型设备，并进行工程化推广应用。备，并进行工程化推广应用。4.4.对我国主要高耗能企业的能源情况进行调研，针对具体对我国主要高耗能企业的能源情况进行调研，针对具

18、体企业、具体生产工艺，在完成对其总能系统的诊断基础上，构企业、具体生产工艺，在完成对其总能系统的诊断基础上，构建其余热梯级回收利用技术体系，并争取对其实施技术改造。建其余热梯级回收利用技术体系，并争取对其实施技术改造。1.1.双方合作成立一个双方合作成立一个能源新技术开发公司能源新技术开发公司。2.2.由昆钢牵头、昆工参与，双方联合申报省里的由昆钢牵头、昆工参与，双方联合申报省里的能源新技能源新技术工程术工程(技术技术)中心中心，为低温热能高效利用相关核心技术的开发，为低温热能高效利用相关核心技术的开发与推广做进一步的支持。与推广做进一步的支持。1.1.烟气余热发电烟气余热发电ORCORC技术

19、投入技术投入30003000万元万元。3.3.通过核心技术的专利转让及技术的工程化市场推广应用，通过核心技术的专利转让及技术的工程化市场推广应用，预计在第一个预计在第一个6 6年内便可收回全部投资。年内便可收回全部投资。2.2.液体余热发电液体余热发电ORCORC技术投入技术投入15001500万元万元。4.4.通过对我国低温热能发电市场需求的初步调查，只需将通过对我国低温热能发电市场需求的初步调查，只需将单位装机容量成本控制在单位装机容量成本控制在2 2万元万元/kWe/kWe以内，每年国内的以内，每年国内的ORCORC低温低温热能发电设备市场需求量至少在热能发电设备市场需求量至少在500500万万kWekWe。在。在ORCORC技术的市场推技术的市场推广期，保守估算，工程中心每年能完成广期，保守估算，工程中心每年能完成2 2万万kWekWe装机容量的装机容量的ORCORC低低温余热发电的工程技术设计及设备配套和研发，市场订单可逾温余热发电的工程技术设计及设备配套和研发，市场订单可逾3 3亿人民币亿人民币，实现利税约，实现利税约1 1亿人民币亿人民币。