ORC螺桿膨脹機(jī)低品位余熱發(fā)電技術(shù)
二、技術(shù)所屬領(lǐng)域及適用范圍：
建材、化工、冶金、紡織、窯爐等低品位余熱利用
三、與該技術(shù)相關(guān)的能耗及碳排放現(xiàn)狀
低 品位余熱資源分布廣泛，如在石化的煉油領(lǐng)域，溫度低于200℃的流體所攜帶的熱量占煉廠總能耗的40%以上;在有色冶金行業(yè)，大量溫度60℃以上的液態(tài)余 熱(如冷卻水)及低壓蒸汽蘊含可用的熱能約1000 萬tce以上;水泥行業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量350-400℃以下的余熱，其總熱量占水泥熟料燒成總耗熱量的35%以上。對上述各領(lǐng)域的低品位余熱進(jìn)行 合理利用，具有較大的節(jié)能潛力。
四、技術(shù)內(nèi)容
1.技術(shù)原理
該技術(shù)把有機(jī)朗 肯循環(huán)與螺桿膨脹機(jī)結(jié)合起來進(jìn)行應(yīng)用，整個系統(tǒng)包括：蒸發(fā)器(含預(yù)熱器)、膨脹機(jī)、冷凝器、液體泵。系統(tǒng)循環(huán)工質(zhì)選用R245fa。當(dāng)回收低品位余熱時， 含熱流體經(jīng)過蒸發(fā)器時加熱液態(tài)膨脹機(jī)工質(zhì)，產(chǎn)生高溫高壓的膨脹機(jī)工質(zhì)蒸汽進(jìn)入膨脹機(jī)，推動膨脹機(jī)做功。由膨脹機(jī)排出的低溫低壓膨脹機(jī)工質(zhì)進(jìn)入冷凝器向環(huán)境 放熱冷凝成液態(tài)，再由液體泵送入蒸發(fā)器蒸發(fā)，由此完成一個完整循環(huán)。
螺桿膨脹機(jī)屬于容積式膨脹機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊，強(qiáng)度高，不易損壞。變工況能力極強(qiáng)，在負(fù)荷的10%-120%范圍內(nèi)均可穩(wěn)定運行，非常適合余熱、廢熱等參數(shù)波動性較強(qiáng)的能源的回收和利用。
2.關(guān)鍵技術(shù)
(1)采用Y系列型線螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組
Y系列型線螺桿膨脹機(jī)可以使流動阻力減小，等熵效率可達(dá)85%以上。5:6螺桿齒數(shù)比，可達(dá)到較大的高壓孔口，減少進(jìn)氣阻力，并使轉(zhuǎn)子強(qiáng)度更高。
(2)定制式優(yōu)化設(shè)計
針對余熱利用的具體條件，進(jìn)行型線的優(yōu)化，使熱力學(xué)系統(tǒng)更合理，通過單級ORC發(fā)電、串級ORC發(fā)電設(shè)計，使系統(tǒng)的發(fā)電效率達(dá)到最大。
(3)高效液體泵
針對輸送低粘度、易閃發(fā)液體工質(zhì)的使用要求，采用了特殊設(shè)計型線的螺桿泵，內(nèi)泄漏小，絕熱效率高，功耗低，變頻驅(qū)動，比屏蔽泵減少功耗50%以上。
3.工藝流程
ORC螺桿膨脹發(fā)電工藝流程圖見圖1。管殼冷型ORC螺桿膨脹發(fā)電機(jī)組示意圖見圖2。
五.主要技術(shù)指標(biāo)
對于120-250℃的煙氣、80-160℃熱水等低品位余熱，ORC機(jī)組發(fā)電效率8%-12%
六、技術(shù)鑒定、獲獎情況及應(yīng)用現(xiàn)狀
該技術(shù)已獲得國家發(fā)明專利3項，實用新型專利16項。2013年通過浙江省“國內(nèi)首臺套產(chǎn)品”技術(shù)鑒定，2013年11通過國網(wǎng)天津市電力公司電力科學(xué)研究院的技術(shù)鑒定。目前，在低品位余熱回收發(fā)電領(lǐng)域已經(jīng)推廣應(yīng)用100余臺(套)，取得了較好的節(jié)能效益。
七、推廣前景及節(jié)能減排能力
預(yù)計未來5年，全國低品位ORC發(fā)電的總裝機(jī)容量可達(dá)50萬kW，形成的年節(jié)能能力約為150萬tce,減排能力400萬tCO2。
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