ORC系統在陶瓷工藝余熱利用中的可行性分析*

曹濱斌

(中材節能股份有限公司 天津 300400)

隨著工業快速發展,能源問題備受關注。國外,以色列利用ORC 系統針對水泥,鋼鐵等工業生產過程中產生的150～350℃低溫煙氣進行余熱發電,其技術被美國、日本、俄羅斯等國家引進。目前,在陶瓷工藝純低溫余熱發電領域中尚未有應用。本研究主要討論在該領域中采用ORC系統的應用方式及可行性。

1 ORC系統原理及特點

ORC系統即采用有機工質作為熱力循環的工質與中低溫余熱換熱,工質吸熱后產生高壓蒸汽,推動透平帶動發電機發電(見圖1)。

圖1 ORC系統圖

系統特點:

(1)由于有機工質一般具有低沸點特性,因此,能夠實現余熱回收和發電的溫度范圍為80℃(廢水)～250℃(煙氣);

(2)用環保工質R245fa,無毒、綠色、無臭氧破壞;

(3)模塊化、撬裝化機組,安裝簡便;

(4)機組可實現一鍵啟機,無人值守,全自動運行。

2 ORC系統在陶瓷工藝余熱利用中的分析

2.1 系統方案

200℃,500 000 m3/h余熱煙氣通過熱水鍋爐降溫至100℃排空,產生160℃,90 t/h熱水作為熱源進入ORC系統。

熱水分別經過ORC 系統過熱、蒸發、預熱器放熱后降溫至90℃回熱水鍋爐。

有機工質經過ORC 系統的預熱器、蒸發器及過熱器后變成1.26 MPa(a)-105℃過熱有機工質蒸汽,推動1套磁懸浮高速直連透平同步發電機組,排汽在蒸發式冷卻器中冷凝成有機工質液體,由工質泵送回至預熱器,從而完成有機工質熱力循環(見圖2)。

圖2 系統方案

上述方案的特點為:

(1)充分回收煙氣余熱;

(2)ORC系統故障時,可通過閥門切換將熱水鍋爐解裂,確保不影響主工藝生產;

(3)ORC系統多機頭獨立運行,可根據負荷情況,調整機頭運行數量,運行方式更加靈活,同時,若某一機頭出現故障,由于系統設有工質旁路,可保證不影響生產的前提下,減負荷運行,不會造成發電設備全部停運,損失更小、可靠性更高;

(4)ORC系統采用高速直連同步發電系統,通過整流逆變實現并網,熱源負荷適應范圍40%～110%;

(5)透平發電機組采用磁懸浮軸承全封閉結構,無潤滑油系統,結構緊湊、效率高、工質對外零泄露;

(6)ORC余熱發電機組長期運行5年時間低(免)維護;

2.2 熱力系統主要循環參數

1 020k W(3×340k W)ORC 余熱發電機組主要參數如表1所示。

表1 余熱發電機組主要參數

3 結語

利用陶瓷生產工藝過程中的189～215 ℃,500 000 m3/h余熱煙氣通過熱水鍋爐,產生70～160℃,90 t/h 熱水作為熱源,驅動一套1 020 k W(3×340 k W)磁懸浮ORC高速直連透平同步發電機組進行發電(負荷調節范圍30%～110%),額定發電功率936 k W,凈發電功率731 k W,方案合理,設備成熟,自動化程度高,安裝便利,具備可行性。