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南京天加ORC热能技术及工程应用

录入日期:2018-07-25  阅读: 188

一、 行业需求

南京天加热能中低品位余热利用涡轮透平ORC发电机组,可应用的行业及资源(90℃度以上的热水或蒸气及160度以上烟气)包括、但不仅限于以下行业:

Ø 石化:

l 炼油装置(过程废热)

l 分馏装置(过程废热)

l 工艺冷却凝结水

Ø 化工:

l 加热炉、蒸汽锅炉排烟气等

l 化工过程废热(合成氨、干馏等)

煤化工的MTO装置

Ø 冶金:

l 放散蒸汽、烟气余热

l 耗能设备余热(空压机等)

Ø 天然气:LNG压缩机排气热回收等

Ø 电力:锅炉排烟气、乏汽等

Ø 造纸:烘缸、蒸锅废气等

Ø 纺织:蒸汽凝水等

我国“十三五”将加快推进工业节能,重点推进煤炭、电力、钢铁、有色、石油石化、化工、建材、轻工、纺织等13个行业节能减排,加快节能减排技术推广应用,加大对工业余热的综合梯级利用。

国家在大型环保及资源综合利用设备、 余能回收利用领域突破重大关键节能技术、重点节能低碳技术推广、节能与能效提升技术创新、工业余能深度回收利用及提高工业余能回收利用效率、提升节能技术装备供给水平、有序推进地热发电等方面逐步重视,不断出台政策予以支持。



二、 南京天加热能PureCycle系列ORC发电技术

1.天加品牌及机组特点:

 

南京天加热能是国内第一家成功引起国外先进有机朗肯循环(ORC)低温发电技术、并将涡轮透平低温发电机组国产化的品牌。因此,在当今国际国内中低品味余热有机朗肯循环发电领域开创了独有的领先优势。

南京天加热能ORC技术可利用90~300的低温热源进行发电,热电转换效率处于行业领先水平。透平是目前该领域内效率最高的低温发电技术。这一技术可广泛用于化工石油、钢铁冶金、水泥建材、化肥制药印染造纸等高能耗行业的余热回收发电,也可以推广到可再生能源如地热发电、太阳能光热发电和生物质发电等系统中

ORC发电机组是整个发电本系统的核心。天加PureCycle系列ORC发电机组主要有以下特点:

(1)设备美国原装进口、国产化改制,装置撬块式一体设备,移动和运输、安装简便;模块化整体平台设计,体积小,安装简单,现场只需接上热水和冷却水即可;

(2)采用高效径向透平膨胀机,可靠的材质和结构合理的高效传质设备机组能量转换效率高;透平-发电一体化,拥有先进的设备自冷系统,无需外置油分及冷却系统;环保工质R245fa、R134a,透平-发电机一体机内工质全封闭循环泄漏,真正实现零排放;且全封闭系统与外界不接触,机组内部及叶片无腐蚀

(3)变工况适应能力强,能适应热源温度、压力和流量的变化(能在30%-110%设计工况下稳定运行),即使热源波动变化时设备可以自行调节到稳定运行状态;

(4)采用PLC自动控制,发电机可以自动追踪电网参数,并自动并网;发电装置智能监测电网状态,稳定变载发电,对电网无冲击;发出的电既可以并入电网也可以直接带负载;

(5)设备实现全自动化,无人值守;设备操作方便,一键式启动和停止;系统启停迅速,无需预热,盘车等操作,启停时间均小于10分钟;

(6)发电机组能确保长期稳定运行安全可靠。拥有泄压系统、超温报警系统及先进的自控系统;设备自带压力温度报警及故障分析功能。

2.天加发电示范工程

目前天加已建设完成国内首个专业的 ORC 发电工程示范中心,以蒸汽-热水驱动系统发电,并自动并网,为天加 PureCycle 系列 ORC 发电系统在国内各行业的推广应用提供了良好的借鉴。 

该系统拥有工况模拟、性能测试、电能品质评估等多项功能。如图所示:

 

天加与美国联合技术公司(UTC)全球战略合资合作,拥有其旗下普惠(Pratt&Whitney Power)国际知名发电品牌。

该发电品牌源于美国UTC公司Pratt&Whitney,经过10多个国家各领域10年以上的稳定运行、实践验证,避免了国内ORC品牌市场应用中面临的诸如系统发电运行不稳定、机组的发电效率达不到预期值、试车过程疑难问题集中且不易排除、膨胀机磨损较大、发电系统工质发生泄漏维以及投入使用后保养维修量大等一系列弊端。因此,目前中国天加在当今国际国内中低品味余热ORC发电领域开创了独有的领先优势。




三、 典型应用

天加热能ORC机组可将工业生产过程中产生的中低温余热进行回收,并转化为高品质电能。

ORC涡轮透平膨胀技术国际上已成熟应用于可再生能源如地热发电、太阳能光热发电和生物质发电等系统中。工业应用与非工业应用如下所示。

 

4 有机朗肯循环ORC发电市场应用

目前除可再生能源领域,天加ORC技术还广泛用于石化、钢铁、水泥、建材、玻璃、陶瓷、化肥、化工等高能耗行业的余热回收发电,应用形式包括:工艺热媒水余热回收发电、工艺物料余热回收发电、工艺乏汽或放散废蒸汽余热回收发电、工业窑炉烟气余热回收发电等。

案例二:热水余热 (化工行业)

化工类用户项目某区1.0MPa及以上蒸汽冷凝液经闪蒸后,与0.5MPa蒸汽冷凝液混合;

进入缓冲罐与回流冷液混合为132℃、0.2MPaG,正常流量为436 t/h,经泵加压至0.7MPaG压力后送。

132℃冷凝液部分送往余热制冷装置制备-20℃的冷冻液,降温后的约110℃蒸汽冷凝液以及剩余的132℃蒸汽冷凝液,均送往余热发电装置回收余热发电,降至约80℃送至空冷器,降至45℃送至东区脱盐水站进行处理。

  

110℃蒸汽冷凝液中低品位余热,通过ORC发电机组转换成高品位的电能。

 

化工类如氯碱、化肥等企业余热资源非常普遍。如在氯碱企业生产过程中,最大的热源点是氯化氢的合成及氯乙烯合成,反应热全部采用循环水降温吸收,产生温度为95℃以上的热水。传统上吸收完热量后的热水采用凉水塔降温或空气降温保持热量平衡,因此造成了热能的浪费。

ORC应用:按95℃的热水考虑,天加单台发电机组PureCycle所需水流量≈160T/h。单台机组装机发电量280kW。 

 

案例三 热水余热 (化肥行业)

化肥厂尿素一吸塔换热后温度为102~105℃,作为ORC机组来说是优质余热资源,应用于低温有机朗肯循环发电利用经济效应非常明显,一般投资回报周期3年左右。 

案例四 LNG压缩排气余热 (尾气排放)

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。该部分废热最终排放至环境浪费大,且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。ORC应用示意图如下:

 

案例五 蒸汽余热 (化工行业)

橡胶制品企业余热类型:如轮胎硫化过程中所需蒸汽温度则高达160℃左右,无腐蚀性,其它橡胶制品的硫化温度根据制品性能要求有所差异,一般都在130℃左右。硫化机在工作过程中有大量蒸汽泄漏损失现象,且泄露量可观,回收后的蒸汽仍具有0.1MPa的压力,因此本工艺环节的废热回收利用价值更高些。传统做法这些废蒸汽都未经回收,起硫化车间温度很高。按130℃的蒸汽考虑,单台发电机组PureCycle所需蒸汽流量≈4T/h。单台机组发电280kW。 

 

案例六 烟气利用 (建材/钢铁行业)

为了对企业陶瓷窑等烟气加以利用,考虑采用Pure Cycle ORC低温发电机组回收该部分余热进行发电,创造收益,节能减排。

如陶瓷窑应用ORC发电来说,烟气换热成热水的温度越高,单位热水发电量越大,ORC发电效率也越高。但换热热水越高烟气换热器成本也会随之上涨,因此综合烟气温度、机组效率、换热器成本等诸多因素考虑,利用烟气换热器将热水加热至138℃进入ORC余热发电机组进行发电。

近年来,低温烟气余热的有效回收利用引起了人们的广泛关注。有机朗肯循环(ORC)系统因具有结构简单、效率高、环境友好等优点而逐渐推广应用。

烟气余热利用ORC发电系统原理如下图所示。

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