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低温余热锅炉的发电量及原理详解

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  近些年,我国经济的高速发展是以巨大的能源消耗为代价的,据统计我国能源消费增长量占全球增长量的52%,能源消费总量达到了26.5亿tce,超过世界能源消费总量的20%,是世界第二大能源消费国。
  我国工业能耗占能源消耗总量的70%左右,而工业能耗的60%~65%都转化成为载体不同、温度不同的余热。据保守估计,每年我国国内的低温余热发电设备市场需求量至少在5×106kWe左右,意味着低温余热发电技术有数千亿元的市场。
  (1)低温余热的定义
  在工业领域,可利用的低温余热分为汽(烟气、蒸汽)、水两大部分。在众多工业生产过程中有多种形式的余热,在一般应用场合下,可将余热按三个温度范围进行划分:
  • 低温余热——温度从常温到90℃的热水;
  • 中温余热——温度在90~150℃的热水;
  • 高温余热——温度在150℃以上的热水。
  (2)低温余热发电技术简介
  目前我国的工业生产企业,对150℃以上的中、高温余热利用技术已非常成熟,可用于发电或直接再利用。而对150℃以下的中温余热/废热(水、气、汽)以及90℃以下的低温余热/废热,基本采用冷却后直接排放到大气中的方法。温度在90℃以下的低温余热普遍存在于建材、冶金、化工和轻工等工业过程中以及人们的普遍生活中,对其实现高效回收利用具有重要意义。
  把低温余热所具有的热能转换为电能,是提高能源利用效率和降低环境污染的有效途径。其转换方式之一,即为近年被大家所逐渐认识的采用特殊工质的有机朗肯循环(ORC)技术。通过双螺杆膨胀机有机工质双循环发电机组实现将低温余热转化为电能的过程。
  低温余热小型发电系统采用有机朗肯循环(ORC),以双螺杆膨胀机(如图2所示)作为动力机驱动发电机发电。双螺杆膨胀机通过阴阳螺杆槽道中热流体的体积膨胀,推动阴阳螺杆向相反方向旋转,实现将热能转换为机械能的做功过程。
 
性能指标 汽轮机技术 双螺旋膨胀机技术
热源情况 仅应用于过热蒸汽热源发电 应用于过热、饱和蒸汽、热水热液或其他热源
工作效率 设计工况内效率80~90%,变工况下内效率下降或停机 设计工况内效率70~80%,变工况下内效率变化小
安全 存在飞车等重大事故隐患 不存在飞车等重大事故隐患
维护服务 运行维护费用昂贵,需要专业技术队伍,工作量大 十年内无大修,维护简便,可实现无人值守
应用范围 用于大型发电厂,高品质全热发电等用户 具有低品位余热、废热和可再生资源的任何场合

汽轮机技术(通常)与双螺杆膨胀机技术性能比较

  低温余热发电机组单台发电功率5~500kW,高2000kW,吨水发电0.8~2kW·h (70℃~90℃),适用于钢厂、油田、火电站、化工、冶金、社区供热等不同行业的各类型生产企业,安装简便、投资成本较低、经济效益较好并具有显著的节能减排的社会效益。

  在化工厂化学反映生产过程中,其反应釜会产生大量的沸腾热水,大量的水蒸汽被蒸发造成水资源浪费,可将低温水、中温水先行发电,将发电后降至60℃的热水再行降温。
  在很多金属冶炼过程中,其降温工序也会产生大量的沸腾热水,同样是通过冷却塔对热水进行降温后循环使用,通过本发电机组,可将其低温水、中温水先行发电,将发电后降至60℃的热水再行降温后循环使用,不但为企业带来经济效益,且有极好的社会效益。
  另外,热电厂有大量的低温低压余热蒸汽,利用这些低品位的蒸汽来发电,可大大降低用电消耗,经济效益十分明显。
  在电力行业热力系统中需要许多减温减压装置,蒸汽从较高压力温度减至较低压力温度水平必然产生节流损失,如果利用螺杆膨胀机替代减温减压装置,既能够起到减温减压作用,又能够回收这部分热能并转化为高品质的电能,满足压力温度要求的排汽继续回送到热力系统中,保证系统连续运行。

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