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技術前沿

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有機朗肯循環低溫余熱發電技術分析及應用

  

      節能減排是緩解能源及環境危機的重要舉措,大量工業過程產生的低溫余熱資源不能被有效地回收利用,不僅浪費了能源,還使得熱污染成為了嚴重的環境問題,余熱回收、太陽能及生物質能的高效利用是節能減排的重要環節。使用有機朗肯循環可以很好地解決這一問題,它可以用有機工質將低溫余熱回收后進行發電,成為回收低品位熱能的有效技術途徑。
   1、有機朗肯循環基本原理
有機朗肯循環(OrganicRankine Cycle,簡稱ORC),是一種新型環保型的發電技術。有機朗肯循環的基本原理與常規的朗肯循環類似。兩者最大的區別是有機朗肯循環的工質是低沸點的有機工質,而不是水。有機朗肯發電機組由蒸發器、膨脹機、冷凝器和工質泵組成,如下圖所示。工質在蒸發器中從低溫熱源中吸收熱量產生有機蒸氣,進而推動膨脹機做功旋轉,帶動發電機發電,在膨脹機做完功的有機工質蒸汽進入冷凝器中重新冷卻為液體,由工質泵注入蒸發器,完成一個循環。

  
   2、有機朗肯循環應用場合
有機朗肯循環發電可利用的低品位能主要有以下幾種形式:
(1) 工業余熱。回收工業余熱可減少工業能耗和溫室氣體的排放。可利用大多數工業過程或電廠排放的煙氣,溫度一般不高于400℃。
另外,工業生產中會產生大量的90-150℃熱媒水也可通過有機朗肯循環進行發電。
(2)地熱。地熱發電利用地熱蒸汽或者熱水作為熱源,我國目前已經勘測發現的地熱田均屬熱水型熱儲。所利用的地熱水大多在飽和狀態附近,溫度一般不超過200℃。
(3)太陽能。太陽能能量密度低,熱源溫度不高,需采用基于集熱技術的有機朗肯循環熱電系統,經過集熱裝置后,溫度可以達到300℃。例如用平板集熱器收集低于100℃的太陽熱水作驅動熱源,用ORC透平等構成低溫太陽能熱力發電系統,可作為分布式能源。
(4)生物質能。生物質能也是有機朗肯循環的重要驅動源之一。生物質能發電采用有機朗肯循環主要是由于在機組規模較小時,有機工質具有更高的渦輪機效率。此外,有機朗肯循環還被用于液化天然氣(LNG)的冷能回收等場合。
   3、有機朗肯循環優勢
有機朗肯循環發電技術克服了常規水蒸汽朗肯循環發電技術存在的系統構成復雜、管道內容易結垢生銹、維修成本較高、單機容量不能太小、一般只適用于350℃以上的余熱等缺點,具有如下優點:
(1)效率高,系統構成簡單,不需要設置除氧、除鹽、排污及疏放水設施;凝結器里一般處于略高于環境大氣壓力的正壓,不需設置真空維持系統。
(2)透平進排氣壓力高,所需通流面積較小,透平尺寸小。
(3)使用干流體時,余熱鍋爐中不必設置過熱段,工質蒸汽直接以飽和氣體進透平膨脹做功。
(4)可實現遠程控制,無人值守,需要極少的運行、維修人員,運行成本很低。
(5)單機容量可從幾千瓦到數千千瓦。
(6)系統部件、設備可實現標準模塊化生產,能縮短安裝周期,降低制造成本。
(7)適用于溫度高于85℃以上的低溫余熱源。
      隨著科學技術不斷發展以及能源價格的不斷攀升,將余熱資源品位提高再利用的方式,特別是將工業過程中產生的低品位熱能資源轉換為方便、靈活的電能的回收方式受到廣泛關注。有機朗肯循環系統以其良好的機動性及對于維護保養的要求比較低等優點,將其整合到能源系統發電,可以實現用低品位能源(廢熱)提供高品位能源(電能),減輕電力負擔,提高總的發電效率及發電量。在相同輸出的條件下,減少了二氧化碳等污染物的排放,有利于環境保護。有機朗肯循環低溫余熱發電技術為有效解決大量低溫余熱資源回收問題提供了選擇。






來源:《節能服務報》


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