有机朗肯循环低温余热发电技术分析及应用
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有机朗肯循环低温余热发电技术分析及应用

  

      节能减排是缓解能源及环境危机的重要举措,大量工业过程产生的低温余热资源不能被有效地回收利用,不仅浪费了能源,还使得热污染成为了严重的环境问题,余热回收、太阳能及生物质能的高效利用是节能减排的重要环节。使用有机朗肯循环可以很好地解决这一问题,它可以用有机工质将低温余热回收后进行发电,成为回收低品位热能的有效技术途径。
   1、有机朗肯循环基本原理
有机朗肯循环(OrganicRankine Cycle,简称ORC),是一种新型环保型的发电技术。有机朗肯循环的基本原理与常规的朗肯循环类似。两者最大的区别是有机朗肯循环的工质是低沸点的有机工质,而不是水。有机朗肯发电机组由蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵组成,如下图所示。工质在蒸发器中从低温热源中吸收热量产生有机蒸气,进而推动膨胀机做功旋转,带动发电机发电,在膨胀机做完功的有机工质蒸汽进入冷凝器中重新冷却为液体,由工质泵注入蒸发器,完成一个循环。

  
   2、有机朗肯循环应用场合
有机朗肯循环发电可利用的低品位能主要有以下几种形式:
(1) 工业余热。回收工业余热可减少工业能耗和温室气体的排放。可利用大多数工业过程或电厂排放的烟气,温度一般不高于400℃。
另外,工业生产中会产生大量的90-150℃热媒水也可通过有机朗肯循环进行发电。
(2)地热。地热发电利用地热蒸汽或者热水作为热源,我国目前已经勘测发现的地热田均属热水型热储。所利用的地热水大多在饱和状态附近,温度一般不超过200℃。
(3)太阳能。太阳能能量密度低,热源温度不高,需采用基于集热技术的有机朗肯循环热电系统,经过集热装置后,温度可以达到300℃。例如用平板集热器收集低于100℃的太阳热水作驱动热源,用ORC透平等构成低温太阳能热力发电系统,可作为分布式能源。
(4)生物质能。生物质能也是有机朗肯循环的重要驱动源之一。生物质能发电采用有机朗肯循环主要是由于在机组规模较小时,有机工质具有更高的涡轮机效率。此外,有机朗肯循环还被用于液化天然气(LNG)的冷能回收等场合。
   3、有机朗肯循环优势
有机朗肯循环发电技术克服了常规水蒸汽朗肯循环发电技术存在的系统构成复杂、管道内容易结垢生锈、维修成本较高、单机容量不能太小、一般只适用于350℃以上的余热等缺点,具有如下优点:
(1)效率高,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,不需设置真空维持系统。
(2)透平进排气压力高,所需通流面积较小,透平尺寸小。
(3)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。
(4)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。
(5)单机容量可从几千瓦到数千千瓦。
(6)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。
(7)适用于温度高于85℃以上的低温余热源。
      随着科学技术不断发展以及能源价格的不断攀升,将余热资源品位提高再利用的方式,特别是将工业过程中产生的低品位热能资源转换为方便、灵活的电能的回收方式受到广泛关注。有机朗肯循环系统以其良好的机动性及对于维护保养的要求比较低等优点,将其整合到能源系统发电,可以实现用低品位能源(废热)提供高品位能源(电能),减轻电力负担,提高总的发电效率及发电量。在相同输出的条件下,减少了二氧化碳等污染物的排放,有利于环境保护。有机朗肯循环低温余热发电技术为有效解决大量低温余热资源回收问题提供了选择。






来源:《节能服务报》