低溫?zé)崮馨l(fā)電機(jī)組選型及發(fā)展趨勢(shì)分析與討論

張向陽(yáng)

摘要：本文結(jié)合作者多年來的工作經(jīng)驗(yàn)主要闡述了低溫?zé)崮馨l(fā)電的機(jī)組選型以及發(fā)展趨勢(shì)，僅供參考。

關(guān)鍵詞：低溫?zé)崮馨l(fā)電；機(jī)組選型；發(fā)展趨勢(shì)

前言：

現(xiàn)階段隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)電的手段也多種多樣?；厥展I(yè)的余熱來進(jìn)行發(fā)電不但能夠有效的減少工業(yè)制造排放出的有害氣體，還能利用工業(yè)余熱來大量發(fā)電。根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，工業(yè)散發(fā)出的余熱總量非常巨大，而我國(guó)能源消耗比世界上能源消耗的平均水平還要高出2.4倍，而能源的開發(fā)效率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比國(guó)際水平更低，因此，利用工業(yè)余熱發(fā)電能夠有效的創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，并且有益于周邊生態(tài)環(huán)境的建設(shè)。但現(xiàn)階段世界上各個(gè)國(guó)家所使用的工業(yè)余熱發(fā)電工程更多采用CFC類工質(zhì)，這種物質(zhì)雖然能夠有效的利用工業(yè)余熱完成發(fā)電作業(yè)，但也會(huì)對(duì)臭氧層造成巨大的破壞，因此，現(xiàn)在要對(duì)工業(yè)余熱發(fā)電工程技術(shù)進(jìn)行改革，采用對(duì)臭氧層沒有損害的HFC類工質(zhì)，發(fā)展ORC循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。

1、低溫?zé)崮馨l(fā)電機(jī)組選型分析

所謂低溫?zé)崮?，?shí)際上指的是品位較低的熱能，通常情況下溫度在200℃以下，因其種類繁多，諸如：地?zé)帷⑻?yáng)能、海洋溫差與工業(yè)廢熱等。需注意的是低溫?zé)崮鼙旧碛兄夹g(shù)利用難度大且發(fā)電效率低等特性，因而在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)會(huì)直接被排放到環(huán)境中，進(jìn)而便增大了環(huán)境污染率。而在現(xiàn)代技術(shù)利用下，回收與再利用這部分能源，除了能有效解決能源短缺問題外，還能科學(xué)減少環(huán)境污染（如：圖一）。

其中低溫?zé)崮馨l(fā)電機(jī)組主要是在朗肯循環(huán)熱力發(fā)電系統(tǒng)的利用下，研發(fā)而成，諸如：Kalina循環(huán)、有機(jī)物朗肯循環(huán)、氨吸收式動(dòng)力制冷復(fù)合循環(huán)和水蒸氣擴(kuò)容循環(huán)等。針對(duì)不同混合物或工質(zhì)情況，采用的機(jī)組型號(hào)不同，如：地?zé)岚l(fā)電應(yīng)用最多的是水蒸氣擴(kuò)容循環(huán)，此外氨吸收式動(dòng)力制冷復(fù)合循環(huán)是現(xiàn)階段新的一種復(fù)合循環(huán)方式。

2、低溫?zé)崮馨l(fā)電利用情況淺析

低溫?zé)崮苤饕傅氖瞧肺遁^低的熱能，從廣義上來說，溫度低于200e的能源都可以稱之為低溫?zé)崮堋，F(xiàn)階段隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，低溫?zé)崮艿目偭恳苍絹碓蕉?，工業(yè)余熱、地?zé)?、太?yáng)能、海洋溫差等都屬于可再生的低溫?zé)崮?，不但產(chǎn)量巨大，而且屬于可循環(huán)利用的資源。目前人類利用資源創(chuàng)造出的工業(yè)熱能最終有50%的能量被當(dāng)做廢熱的形式直接排放到工廠之外，如果能夠?qū)@部分能源進(jìn)行回收利用，那么就能夠解決我國(guó)能源匱乏的問題，并且減少工業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的對(duì)周邊環(huán)境的污染。

3、低溫?zé)崮馨l(fā)電的相關(guān)問題解讀

目前低溫?zé)崮馨l(fā)電存在的主要問題在工質(zhì)的選擇和熱交換器的優(yōu)化當(dāng)中。要想發(fā)展效率更高且環(huán)保綠色的低溫?zé)崮馨l(fā)電工程，需要研究和創(chuàng)造全新的工質(zhì)，現(xiàn)階段使用的工質(zhì)不但要求價(jià)格低廉，而且要符合綠色環(huán)保的需求。需要注意的是，在低溫?zé)崮馨l(fā)電的過程中，由于工質(zhì)一直處在循環(huán)工作當(dāng)中，自身必須具備一定的抗壓性能，在發(fā)電的過程中中受到的壓力不能過高也不能過低，必須嚴(yán)格按照低溫?zé)崮艿陌l(fā)電要求控制在發(fā)電裝置抗壓性和密封性允許的范圍之內(nèi)。此外，工質(zhì)的選擇盡量向干性考慮，這樣才能保證在發(fā)電過程中，透平工作的安全性。

熱交換器的優(yōu)化也會(huì)直接影響到低溫?zé)崮艿陌l(fā)電效率，選擇適當(dāng)?shù)臒峤粨Q器能夠有效的提升低溫?zé)崮馨l(fā)電的效率。在實(shí)際發(fā)電的過程中，為了提高熱交換器的工作效率，可以適當(dāng)?shù)恼齼r(jià)熱交換器的換熱面積，重新設(shè)計(jì)熱交換器的結(jié)構(gòu)采用換熱效率更高的新型材料和有機(jī)物工質(zhì)，減少在換熱過程中造成的熱量損耗，進(jìn)而獲得更加高效的發(fā)電效率，提高對(duì)低溫余熱的利用率。

4、低溫?zé)崮馨l(fā)電性能的提升方式研究

低溫?zé)崮馨l(fā)電最佳的循環(huán)方式是洛侖茲循環(huán)，也就是工質(zhì)在熱能交換的過程中和熱源溫度緊密結(jié)合并且隨之變化的循環(huán)，而在實(shí)際發(fā)電的過程中，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)循環(huán)上的錯(cuò)漏，導(dǎo)致工質(zhì)在吸收熱能的過程中和熱源溫度的不匹配，使得換熱過程中損失的熱量增加（如：圖二）。

針對(duì)這種情況，低溫?zé)崮馨l(fā)電工程要采用全新的工質(zhì)循環(huán)模式，諸如混合工質(zhì)循環(huán)、Kal-ina循環(huán)模式等。全新的工質(zhì)循環(huán)模式可以幫助低溫?zé)崮馨l(fā)電工程更好的實(shí)現(xiàn)在發(fā)電過程中的吸熱工作；而回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)主要適用于熱源溫度較高的低溫發(fā)電工程當(dāng)中，利用回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)，可以將回?zé)嵝侍岣?0%以上，獲得更好的發(fā)電效率，節(jié)省了更多的低溫?zé)崮堋Ｎ覈?guó)科學(xué)院工程熱物理研究所和北京化工大學(xué)對(duì)復(fù)合回?zé)嵫h(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，完善了其性能。

5、結(jié)束語

現(xiàn)階段低溫?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)的重點(diǎn)就是要提高低溫余熱的利用效率和整體的發(fā)電效率，并且在發(fā)電過程中保持綠色環(huán)保。從技術(shù)手段來看，提高對(duì)熱能的利用效率可以利用提高熱源的溫度達(dá)成，也就是說，如果能夠?qū)⑻?yáng)能集熱技術(shù)運(yùn)用到其中就能極大的提升低溫?zé)崮艿陌l(fā)電效率；其次就是采用效率更高的熱交換器，減少在換熱過程中出現(xiàn)的熱能損耗，使用更加高效的工質(zhì)，提高熱能的轉(zhuǎn)換效率。

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