ORC系統(tǒng)在陶瓷工藝余熱利用中的可行性分析*

曹濱斌

(中材節(jié)能股份有限公司 天津 300400)

隨著工業(yè)快速發(fā)展,能源問題備受關(guān)注。國外,以色列利用ORC 系統(tǒng)針對水泥,鋼鐵等工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的150～350℃低溫煙氣進行余熱發(fā)電,其技術(shù)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(fā)電領(lǐng)域中尚未有應(yīng)用。本研究主要討論在該領(lǐng)域中采用ORC系統(tǒng)的應(yīng)用方式及可行性。

1 ORC系統(tǒng)原理及特點

ORC系統(tǒng)即采用有機工質(zhì)作為熱力循環(huán)的工質(zhì)與中低溫余熱換熱,工質(zhì)吸熱后產(chǎn)生高壓蒸汽,推動透平帶動發(fā)電機發(fā)電(見圖1)。

圖1 ORC系統(tǒng)圖

系統(tǒng)特點:

(1)由于有機工質(zhì)一般具有低沸點特性,因此,能夠?qū)崿F(xiàn)余熱回收和發(fā)電的溫度范圍為80℃(廢水)～250℃(煙氣);

(2)用環(huán)保工質(zhì)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(xiàn)一鍵啟機,無人值守,全自動運行。

2 ORC系統(tǒng)在陶瓷工藝余熱利用中的分析

2.1 系統(tǒng)方案

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

熱水分別經(jīng)過ORC 系統(tǒng)過熱、蒸發(fā)、預(yù)熱器放熱后降溫至90℃回熱水鍋爐。

有機工質(zhì)經(jīng)過ORC 系統(tǒng)的預(yù)熱器、蒸發(fā)器及過熱器后變成1.26 MPa(a)-105℃過熱有機工質(zhì)蒸汽,推動1套磁懸浮高速直連透平同步發(fā)電機組,排汽在蒸發(fā)式冷卻器中冷凝成有機工質(zhì)液體,由工質(zhì)泵送回至預(yù)熱器,從而完成有機工質(zhì)熱力循環(huán)(見圖2)。

圖2 系統(tǒng)方案

上述方案的特點為:

(1)充分回收煙氣余熱;

(2)ORC系統(tǒng)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(chǎn);

(3)ORC系統(tǒng)多機頭獨立運行,可根據(jù)負荷情況,調(diào)整機頭運行數(shù)量,運行方式更加靈活,同時,若某一機頭出現(xiàn)故障,由于系統(tǒng)設(shè)有工質(zhì)旁路,可保證不影響生產(chǎn)的前提下,減負荷運行,不會造成發(fā)電設(shè)備全部停運,損失更小、可靠性更高;

(4)ORC系統(tǒng)采用高速直連同步發(fā)電系統(tǒng),通過整流逆變實現(xiàn)并網(wǎng),熱源負荷適應(yīng)范圍40%～110%;

(5)透平發(fā)電機組采用磁懸浮軸承全封閉結(jié)構(gòu),無潤滑油系統(tǒng),結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、工質(zhì)對外零泄露;

(6)ORC余熱發(fā)電機組長期運行5年時間低(免)維護;

2.2 熱力系統(tǒng)主要循環(huán)參數(shù)

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

表1 余熱發(fā)電機組主要參數(shù)

3 結(jié)語

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