高炉冲渣水有机朗肯循环发电系统工质的选择1

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1、高炉冲渣水有机朗肯循环发电系统工质的选择汇报人：吴俐俊教授同济大学机械工程学院热能与环境工程研究所第三届余热回收再利用与产业发展研讨会报告大纲高炉冲渣水发电系统工质的选择5不同工质发电系统的设计计算4高炉冲渣水发电系统工质的筛选3低温发电技术的应用及方案选择1高炉冲渣水发电系统的工作原理21低温发电技术的应用及方案选择1）低温发电技术在钢铁企业中应用的必要性工业生产中大量低品位余热被排放到大气，造成严重的能源浪费和热污染。钢铁工业是传统的能耗大户，全行业总能耗约占全国总能耗的14.71%，工业废水排放量占工业排放总量的8.53

2、%，工业粉尘排放量占工业排放总量的5.18%。我国钢铁产能约6.5亿吨，目前钢铁年产量约5亿吨。占世界钢产量的45%，铁产量的50%。为世界前10位钢产量国家之和。（2008年底数据）1低温发电技术的应用及方案选择目前用能效率低下是我国能源形势严峻的主要原因。我国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.3％、美国的28.6％。我国钢铁工业余热及应用情况按品质分类高品位余热(>900℃)47%中品位余热(400℃-900℃)30%低品位余热(<400℃)23%1低温发电技术的应用及方案选择高炉炼铁工艺中，产生1400℃左右的炉渣

3、，此炉渣由冲渣泵提供的高速水流急冷冲成水渣并粒化，以供生产水泥之用。而冲渣过程中产生大量60-95ºC的蒸汽和冲渣水，需要用冷却塔冷却降至50ºC后循环使用。采用低温余热发电技术，将高温冲渣水的低品位热能转化为电能，不但能提高钢铁工业对二次能源利用率，减少工厂从电网的电力消耗，还可以避免余热源对环境的污染。1低温发电技术的应用及方案选择低温发电技术卡琳娜循环（采用NH3和H2O的作为循环工质）机朗肯有循环（ORC，采用有机物作为循环工质的朗肯循环）1）系统原理曲线比较1低温发电技术的应用及方案选择2）可用能损失比较1低温发电技

4、术的应用及方案选择3）热效率比较1低温发电技术的应用及方案选择名称优点缺点卡琳娜循环可根据热源情况，调节NH3—H2O混合物的比例，相变过程中混合物温度滑差较大，可减小系统的不可逆损失。系统运行压力较高（一般高于6MPa），操作复杂，蒸发换热器面积较大，对材料的承压能力和耐腐蚀性要求较高机朗肯有循环能够有效回收低温余热，系统压力低，适用热源广，根据热源温度可以选择合适的工质。系统的不可逆损失相对较大，工质的密度大，对工质泵要求较高。为保障系统的可靠性和经济性，本高炉冲渣水余热发电项目采用ORC余热发电技术。总结：2高炉冲渣水发

5、电系统的工作原理4-1有机工质通过蒸发器等压吸热蒸发，变成高温高压的气体。1-2高温高压的蒸汽在汽轮机中绝热膨胀对外做功。2-3做功后的的工质在冷凝器中等压冷却至液态。3-4低温低压的工质通过液态循环泵等熵压缩到高压并送到蒸发器。3高炉冲渣水发电系统工质的筛选有机工质对ORC发电系统的运行性能起着关键作用。在相同热源及设备条件下，它直接决定着系统的热效率、不可逆损失，还影响系统的投资成本、可靠性、安全性和环保性。工质的选择应按照以下原则：1临界温度应该略高于循环中的最高温度。2工质的压力水平适宜。循环中蒸发温度所对应的饱和压力

6、不应过高，冷凝温度对应饱和压力保持正压。3在T-S图中饱和蒸气线上ds／dT应接近零或大于零。4蒸发潜热小，粘度低，传热系数高，热稳定性好。3高炉冲渣水发电系统工质的筛选根据冲渣水温度（90℃），以及工质的临界温度，临界压力，安全性和环保性，初步选用10种制冷剂，物性参数如下：工质名称临界温度(℃)临界压力（MPa）安全等级ODPGWPR407c86.034.6293A1/A101530R413a96.584.022A1/A10-R600a134.663.034A300.1R29096.744.2512A300.01R236e

7、a139.292.925-0770R245fa154.013.65A20820R245ca174.423.925-0560R227ea101.752.925A202900R123183.683.6618B10.0293R134a101.964.0593A1013004不同工质发电系统的设计计算工质状态参数的确定本低温余热发电系统发电功率为100KW，高炉冲渣水温度约为90℃，参考工况如下：参考工况冲渣水温度（℃）冷却水温度（℃）蒸发温度（℃）冷凝温度（℃）过热温度（℃）汽轮发电机效率发电功率（KW）90327537537100

8、根据有机朗肯循环原理，在理想状况下，可确定工质在T-S图上各状态点的物理参数，如右图：4不同工质发电系统的设计计算计算结果根据以上确定的工质的状态参数，和相应的计算公式，可以得到理想状况下ORC系统计算结果如校表：计算结果工质名称热效率(%)汽轮机中的焓降(Kj/Kg）不可逆