ORC系统在陶瓷工艺余热利用中的可行性分析*

曹滨斌

(中材节能股份有限公司 天津 300400)

随着工业快速发展,能源问题备受关注。国外,以色列利用ORC 系统针对水泥,钢铁等工业生产过程中产生的150～350℃低温烟气进行余热发电,其技术被美国、日本、俄罗斯等国家引进。目前,在陶瓷工艺纯低温余热发电领域中尚未有应用。本研究主要讨论在该领域中采用ORC系统的应用方式及可行性。

1 ORC系统原理及特点

ORC系统即采用有机工质作为热力循环的工质与中低温余热换热,工质吸热后产生高压蒸汽,推动透平带动发电机发电(见图1)。

图1 ORC系统图

系统特点:

(1)由于有机工质一般具有低沸点特性,因此,能够实现余热回收和发电的温度范围为80℃(废水)～250℃(烟气);

(2)用环保工质R245fa,无毒、绿色、无臭氧破坏;

(3)模块化、撬装化机组,安装简便;

(4)机组可实现一键启机,无人值守,全自动运行。

2 ORC系统在陶瓷工艺余热利用中的分析

2.1 系统方案

200℃,500 000 m3/h余热烟气通过热水锅炉降温至100℃排空,产生160℃,90 t/h热水作为热源进入ORC系统。

热水分别经过ORC 系统过热、蒸发、预热器放热后降温至90℃回热水锅炉。

有机工质经过ORC 系统的预热器、蒸发器及过热器后变成1.26 MPa(a)-105℃过热有机工质蒸汽,推动1套磁悬浮高速直连透平同步发电机组,排汽在蒸发式冷却器中冷凝成有机工质液体,由工质泵送回至预热器,从而完成有机工质热力循环(见图2)。

图2 系统方案

上述方案的特点为:

(1)充分回收烟气余热;

(2)ORC系统故障时,可通过阀门切换将热水锅炉解裂,确保不影响主工艺生产;

(3)ORC系统多机头独立运行,可根据负荷情况,调整机头运行数量,运行方式更加灵活,同时,若某一机头出现故障,由于系统设有工质旁路,可保证不影响生产的前提下,减负荷运行,不会造成发电设备全部停运,损失更小、可靠性更高;

(4)ORC系统采用高速直连同步发电系统,通过整流逆变实现并网,热源负荷适应范围40%～110%;

(5)透平发电机组采用磁悬浮轴承全封闭结构,无润滑油系统,结构紧凑、效率高、工质对外零泄露;

(6)ORC余热发电机组长期运行5年时间低(免)维护;

2.2 热力系统主要循环参数

1 020k W(3×340k W)ORC 余热发电机组主要参数如表1所示。

表1 余热发电机组主要参数

3 结语

利用陶瓷生产工艺过程中的189～215 ℃,500 000 m3/h余热烟气通过热水锅炉,产生70～160℃,90 t/h 热水作为热源,驱动一套1 020 k W(3×340 k W)磁悬浮ORC高速直连透平同步发电机组进行发电(负荷调节范围30%～110%),额定发电功率936 k W,净发电功率731 k W,方案合理,设备成熟,自动化程度高,安装便利,具备可行性。