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低溫余熱鍋爐的發電量及原理詳解

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  近些年,我國經濟的高速發展是以巨大的能源消耗為代價的,據統計我國能源消費增長量占全球增長量的52%,能源消費總量達到了26.5億tce,超過世界能源消費總量的20%,是世界第二大能源消費國。
  我國工業能耗占能源消耗總量的70%左右,而工業能耗的60%~65%都轉化成為載體不同、溫度不同的余熱。據保守估計,每年我國國內的低溫余熱發電設備市場需求量至少在5×106kWe左右,意味著低溫余熱發電技術有數千億元的市場。
  (1)低溫余熱的定義
  在工業領域,可利用的低溫余熱分為汽(煙氣、蒸汽)、水兩大部分。在眾多工業生產過程中有多種形式的余熱,在一般應用場合下,可將余熱按三個溫度范圍進行劃分:
  • 低溫余熱——溫度從常溫到90℃的熱水;
  • 中溫余熱——溫度在90~150℃的熱水;
  • 高溫余熱——溫度在150℃以上的熱水。
  (2)低溫余熱發電技術簡介
  目前我國的工業生產企業,對150℃以上的中、高溫余熱利用技術已非常成熟,可用于發電或直接再利用。而對150℃以下的中溫余熱/廢熱(水、氣、汽)以及90℃以下的低溫余熱/廢熱,基本采用冷卻后直接排放到大氣中的方法。溫度在90℃以下的低溫余熱普遍存在于建材、冶金、化工和輕工等工業過程中以及人們的普遍生活中,對其實現高效回收利用具有重要意義。
  把低溫余熱所具有的熱能轉換為電能,是提高能源利用效率和降低環境污染的有效途徑。其轉換方式之一,即為近年被大家所逐漸認識的采用特殊工質的有機朗肯循環(ORC)技術。通過雙螺桿膨脹機有機工質雙循環發電機組實現將低溫余熱轉化為電能的過程。
  低溫余熱小型發電系統采用有機朗肯循環(ORC),以雙螺桿膨脹機(如圖2所示)作為動力機驅動發電機發電。雙螺桿膨脹機通過陰陽螺桿槽道中熱流體的體積膨脹,推動陰陽螺桿向相反方向旋轉,實現將熱能轉換為機械能的做功過程。
 
性能指標 汽輪機技術 雙螺旋膨脹機技術
熱源情況 僅應用于過熱蒸汽熱源發電 應用于過熱、飽和蒸汽、熱水熱液或其他熱源
工作效率 設計工況內效率80~90%,變工況下內效率下降或停機 設計工況內效率70~80%,變工況下內效率變化小
安全 存在飛車等重大事故隱患 不存在飛車等重大事故隱患
維護服務 運行維護費用昂貴,需要專業技術隊伍,工作量大 十年內無大修,維護簡便,可實現無人值守
應用范圍 用于大型發電廠,高品質全熱發電等用戶 具有低品位余熱、廢熱和可再生資源的任何場合

汽輪機技術(通常)與雙螺桿膨脹機技術性能比較

  低溫余熱發電機組單臺發電功率5~500kW,高2000kW,噸水發電0.8~2kW·h (70℃~90℃),適用于鋼廠、油田、火電站、化工、冶金、社區供熱等不同行業的各類型生產企業,安裝簡便、投資成本較低、經濟效益較好并具有顯著的節能減排的社會效益。

  在化工廠化學反映生產過程中,其反應釜會產生大量的沸騰熱水,大量的水蒸汽被蒸發造成水資源浪費,可將低溫水、中溫水先行發電,將發電后降至60℃的熱水再行降溫。
  在很多金屬冶煉過程中,其降溫工序也會產生大量的沸騰熱水,同樣是通過冷卻塔對熱水進行降溫后循環使用,通過本發電機組,可將其低溫水、中溫水先行發電,將發電后降至60℃的熱水再行降溫后循環使用,不但為企業帶來經濟效益,且有極好的社會效益。
  另外,熱電廠有大量的低溫低壓余熱蒸汽,利用這些低品位的蒸汽來發電,可大大降低用電消耗,經濟效益十分明顯。
  在電力行業熱力系統中需要許多減溫減壓裝置,蒸汽從較高壓力溫度減至較低壓力溫度水平必然產生節流損失,如果利用螺桿膨脹機替代減溫減壓裝置,既能夠起到減溫減壓作用,又能夠回收這部分熱能并轉化為高品質的電能,滿足壓力溫度要求的排汽繼續回送到熱力系統中,保證系統連續運行。

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