低品位余热发电汽轮机设计与应用研究
低温余热发电技术的特点、应用和发展趋势探讨
节能环保270 2015年12期低温余热发电技术的特点、应用和发展趋势探讨李金龙中材节能股份有限公司,天津 300400摘要：随着我国社会经济的高速发展，能源紧缺的矛盾日益突出。
但我国在能源使用上又客观存在着一些不合理的现象，导致能源的大量浪费。
能源的利用效率偏低，与此同时，又存在着大量工业低温余热、废气丢弃不用的普遍现象。
为了开发国家新能源，解决能源紧张的问题,国家应有效回收利用原本排放到大气中的工业废气低温余热。
而低温余热发电系统结构简单、设备稳定，利用压差做功回收动力，可以有效提高能源利用率。
本文则阐述了低温余热发电技术的概念、特点、应用以及发展趋势，以供参考关键词：低温余热发电技术；特点；发展趋势中图分类号：TM617 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)12-0270-021 引言能源是国家经济发展的基础，它与国家发展以及人们的生活水平息息相关。
然而，伴随着国家经济的高速发展，能源消耗不断增多，能源储备越来越少，能源需求不断增加。
这就要求我们提高能源的利用效率。
而在我国经济发展中，低温余热的数量巨大，在水泥、钢铁、玻璃、化工等行业生产中，这些余热资源数量大，品味低，有些不能再利用的废旧烟气被大量的排放，造成环境污染的同时，也造成了能源及资源的极大浪费。
低温余热发电系统的建设，可以综合利用企业生产排放的废热、废气资源，回收烟气的热量变废为宝，提高我国能源利用效率。
2 低温余热发电技术概述2.1 低温余热发电技术概念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。
化工企业低品位余热能源的发电应用
化工企业低品位余热能源的发电应用通化化工股份有限公司尹继平江苏凯茂石化科技有限公司李洪伟天津圣智达机电设备有限公司李光寅化工生产存在大量的低品位余热，许多企业无法利用只能放空处置。
随着石油能源危机的出现，人类不断寻找新型能源，同时也在关注低品位能源的利用研究。
时代的发展与能源格局的骤变，不被人们关注的垃圾级低品位能源还是有幸让研究人员发现与研究利用。
垃圾处理焚烧发电、新农村秸杆沼气发电、生物能发电、风力发电、太阳能发电、半导体温差发电，震动发电……，甚至连微小的能源也被科学家关爱了，掀起了新一轮的工业化发电热潮。
笔者长期研究低品位余热发电技术和跟踪发电设备研发进展，目前已进入工业化应用阶段，本文是近年来的研究应用情况。
一、低品位余热利用发电的价值按照发电一千瓦小时电消费327克标准煤计算，折合碳排放870g/kwh。
如果能把化工企业的低压余热蒸汽利用发电，无论是当前还是未来，将功不可没。
1MPa以下的低品位蒸汽无法满足1.5MPa（340℃）传统低压汽轮机所需参数工作条件。
近年由江西华电电力有限责任公司开发成功的“螺杆膨胀蒸汽发电机”工作压力为0.2-3MPa，能适应汽液两相混合工质热源，很好地解决了甲醛生产过程副产0.4MPa饱和蒸汽的用途。
二、低压低温蒸汽发电原理利用0.2-3MPa压力，温度不高于300℃的饱和蒸汽，直接通入蒸汽产生动力，利用较低的压力差、温度差拖动发电机，实现“蒸汽能-机械能-电能”的转换机理。
这类发电机组有传统汽轮机的改良型，也有独具特色的气液混合式机型。
其发电消耗蒸汽流量2.5-4t/h时，能发电200kwh。
下面就笔者跟踪的蒸汽发电设备调查如下：1、美国ECT饱和蒸汽汽轮发电机是利用纯低温饱和蒸汽即可接入发电的高科技设备，在余热利用发电工程上很为适用。
在现在已有蒸汽锅炉供车间设备使用蒸汽的工厂最为有利，即把此饱和蒸汽涡轮发电机串接在蒸汽管道上，即可产生40-2500KW电能，（条件：蒸汽压力在2公斤以上，蒸汽流量在3吨/小时以上），不增加蒸汽锅炉的燃料，不影响车间设备蒸汽的使用，只利用车间设备不利用的蒸汽动能。
低温余热发电循环技术
低温余热发电循环技术一、低温余热发电低温余热发电技术是通过回收低于300～400℃的中低温的废蒸汽、烟气所含的低品位的热量来发电，它将低品位的或废弃的热能转化为高级能源——电能。
二、低温余热发电循环技术1、朗肯循环朗肯循环一般指蒸汽郎肯循环，适用于烟气高于350℃以上的余热。
在朗肯循环中，水在锅炉（或余热锅炉）中被加热，产生高温和高压蒸汽。
该蒸汽流过汽轮机时急剧膨胀后冷却至低温、低压的尾气，该汽轮机驱动一台发电机发出电力。
从汽轮机排出的尾气被具有环境温度的空气，或被来自冷却水池或冷却塔中的冷却水冷却成水。
凝结水接着被泵入锅炉重复上述过程。
这种简单的朗肯循环框图如图一所示。
朗肯循环电厂的效率较差，即使是容量最大、采用朗肯循环的最新型的燃煤电厂，一般来说其循环效率都超不过35%（目前国内亚临界参数燃煤电厂的循环效率已达38%，超临界和超超临界参数的燃煤电厂的循环效率分别可达40和43%左右），也就是说燃料燃烧产生的总热量中仅有35%被转换成了热能。
这65%的能量损失是由于一系列的原因造成的。
其中约15%的能量损失是由于燃料中的水分、炉墙的热辐射、排烟损失和自耗电所造成的。
朗肯循环是目前槽式太阳能热电站中广泛采用的动力循环模式, 用太阳热加热集热器中的导热油,经过换热产生蒸汽, 驱动汽轮机带动发电机发电代表性的电站有美国的SEGS 系列电站, 西班牙的Andaso l 系列电站等。
2、有机朗肯循环有机朗肯循环采用高分子量有机工质（如正戊烷）, 相变温度低, 可以从温度较低的热源吸热, 并转化为电能。
主要优点是运行温度较低, 可以将槽式集热温度由390°降到304°,降低集热损失; 采用有机工质, 电站可以建在缺水的沙漠地区。
有机朗肯循环系统的主要缺点是循环效率低, 气温较高时比蒸汽循环低15% ~ 25% ，同时成本较高。
3、卡琳娜循环卡琳娜循环系统适合中低温余热利用，是实现200℃以下热电转换最有效的途径。
低温余热发电系统的实验研究
低温余热发电系统的实验研究【摘要】将低品位热能转化为电能的有机朗肯循环余热发电系统，操作温度低、安全性高、有优良的负荷适应能力及热经济性。
本文对自主设计的R123为工质的温度120℃左右的有机朗肯循环进行实验研究及分析，计算得到了各设备及管路段的不可逆损失，结果表明：蒸发器、冷凝器、膨胀机、泵的不可逆损失依次降低，且膨胀机出口到冷凝器入口段管路的不可逆损失占总不可逆损失的7.47%，不可忽略。
【关键词】余热发电；有机朗肯循环；实验研究；不可逆损失0.引言据有关统计，有50%以上的工业耗能，它们以不同形式的低品位废热或余热排放到大气中，其中包含CO2、NOX、SO2、粉尘等污染物，既浪费了能源，又污染了环境，在中国，能源利用率仅为33% 左右。
低温余热发电有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle，简称ORC），能将低品位的余热转换为高品位的电能，有助于解决能源问题，还能减少能源利用过程中污染物的排放，同时又提高了能源的综合利用率，并且具有操作温度低、机动性好、安全性高、维修保养简单等特点，被认为是一种切实可行的热电转换技术[1-5]。
近些年，有机朗肯循环系统性能的研究引起了国内外学者的关注。
Chandramohan Somayaji[6]用火用轮法和拓扑法对热源温度为300℃，蒸发压力为2.5MPa的基本有机朗肯循环进行了火用分析，研究表明：蒸发器是具有最大火用损失（40kW）的部件，其次是膨胀机，火用损失为11.1kW；李晶[7]等分别对以R123为工质，热源温度为100℃、90℃、80℃、70℃的基本有机朗肯循环进行了实验研究，并计算了系统和各设备的火用效率和火用损失，结果表明：ORC 系统在热源温度为80℃，膨胀机的转速40000rpm左右时，膨胀机的等熵效率为0.68，系统热效率为7.4%，且当热源温度为100 ℃时，系统的总不可逆损失为4.7kW，火用效率为40%，蒸发器的火用损失最大占41%，冷凝器占33%，主要是换热过程中较大的不可逆传热温差引起的。
钢铁厂烧结冷却机低温余热发电技术开发及应用
第11卷第5期中国水运V ol.11N o.52011年5月Chi na W at er Trans port M ay 2011收稿日期：33作者简介：朱飞（）男，武汉都市环保工程技术股份有限公司工程师。
钢铁厂烧结冷却机低温余热发电技术开发及应用朱飞（武汉都市环保工程技术股份有限公司，湖北武汉430071）摘要：烧结冷却机低温余热发电技术是利用烧结冷却机中低温的废气通过余热锅炉产生低品位蒸汽，来推动汽轮机组做功发电。
文中对烧结冷却机纯低温余热发电热力工艺系统、热力参数、锅炉与烧结冷却机间烟气系统、烧结冷却机烟气罩的漏风改进等特点及发电能力进行了探讨、分析、比较，通过工程实例，为合理选择余热发电技术及提高发电能力提供参考。
关键词：烧结冷却机；低温余热发电；双压系统；烟气再循环；烟气罩中图分类号：TP273文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）05-0076-03一、前言在钢铁生产过程中，烧结工序的能耗约占总能耗的10％，仅次于炼铁工序，位居第二。
在烧结工序总能耗中，有近50％的热能以烧结机烟气和冷却机废气的显热形式排入大气。
由于烧结冷却机废气的温度不高，以往人们对这部分热能的回收利用重视不够，但实际上烧结冷却机废气数量大，可供回收的热量也大。
烧结冷却机低温余热发电技术是利用烧结冷却机中低温的废气通过余热锅炉产生低品位蒸汽，来推动汽轮机组做功发电。
其与火电发电相比，不需要消耗一次能源，不产生额外的废气、废渣、粉尘和其它有害气体。
它是当前工业企业节能和环保要求下的必然趋势和产物，具有充分利用低温废气以达到变废为宝，净化环境的目的，是一项一举两得的资源综合利用工程项目。
近年来，随着国家树立科学发展观、大力发展循环经济，国内钢铁、水泥生产线等纯低温余热发电技术得到蓬勃发展，多家科研院所积极进行余热发电技术研究、建设纯余热电站工程，使得余热发电技术日臻完善。
不同工程的不同热力系统，为用户提供了多种选择。
保技术之低品位余热资源利用方式的探讨简约版
20__《安全环境环保技术》之低品位余热资源利用方式的探讨简约版低品位余热资源利用方式的探讨近年来，我国工业领域内的余热资源，特别是高温和中温余热资源利用取得显着效果。
但是，与发达国家相比，工业领域内的低温余热资源(低品味余热资源)利用还有一定的差距，且行业内不同企业之间也很不均衡。
随着节能工作的不断深入，低温余热资源的利用日益成为节能工作的一个热点和难点，本文____了低品味余热资源的特点，总结了目前的利用方式和技术进展。
1、余热资源等级划分工业余热主要指工业企业热能转换设备及用能设备在生产过程中排放的废热、废水、废气等低品位能源。
余热资源普遍存在于钢铁、化工、石油、建材、轻工和食品等行业，这些行业都存在丰富的等级不同的余热资源，利用余热回收技术将这些低品位能源加以回收利用，是节能的重要手段之一。
按照余热资源载体的温度高低，可以把余热资源按品味进行划分，温度高则代表余热资源的可做功能力高，即便是直接传热也可以方便利用，即是所谓“高品位余热资源”。
温度低，则代表该余热资源品味较低。
低品位余热资源利用方式的探讨现在工业企业中品味较高的高温和中温余热资源绝大部分得到了很好的利用，对低品位余热资源的利用也已经进行了不少探索。
但是总的来说，低品位余热资源的利用还处于起步阶段。
2、低品位余热资源的来源及利用难点余热资源的主要来源为：①烟气的余热;②高温产品和炉渣的余热;③冷却介质的余热;④可燃废气、废液和废料的余热;⑤废汽、废水余热;⑥化学反应余热。
比较典型的低品位余热资源有：① 锅炉(加热炉)等排放的烟气，一般在140~180℃;②高炉渣、炼钢渣的冲渣水，温度在60~9 0℃;③循环冷却水，大部分在30~50℃;油田采出水，在30~60℃。
低品位模板余热资源的利用难点在于：①大部分低品位余热资源含有腐蚀性的物质，对设备长期安全运行构成不小的影响;②有的低品位余热资源具有间歇性的特点，难于连续运行;③由于品味较低，难以在现场附近寻找到合适的供热(冷)负荷;④用于发电，效率较低，技术还有待成熟，经济效益偏低。
低品位热能回收发电应用研究
的主要 因素 ，讨论 了本 系统装 置 的市场 应用 前景 。 关键 词 ：有机 朗肯 循环 有机 工质 有机 工 质汽轮 机 余热 回收 发 电 中图分 类号 ： Ｍ６ １ Ｔ １ 文 献标识 码 ：Ａ 文 章编号 ： １０ ．８ ２ （ ０ ２ １０ ０ －３ ０ ３４ ６ ２ １ ）Ｓ ．０ １０
器 、 回热 器 、工 质 循 环 泵 以及 电气 控 制 部 分 等 ， 所 有 设 备 集 成 在 一 个 钢 性 公 共 底 座 上 。 图 １ 是
入 汽 轮 机 组 做 功 驱 动 发 电机 发 电输 出 电能 。而 对 于 以烟 气 、蒸 汽 、高温 冷 却水 等 形 式 存 在 的低 温
Ｋｅ ｗｏｄ ：ｏｇ ｎｃｒｎ ｉｅｃｃｅ ｒａ ｉ ｕｄ ｒａ ｉ－ｕｄ ｔｒｉｅ ｙ ｒ ｓ ｒａ ｉ ａｋｎ ｙ ｌ，ｏｇ ｎｃ ｉ：ｏｇ ｎｃ ｉ ｕｂｎ；ｗａｔ ｅ ｔｒｇ ｎｒｔ ｅｐ ｗｅ ｌ ｆ ｓｅｈａ ｅｅ ｅａｉ ｏ ｒ ｖ
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０ 引言
我 国 已成 为世 界第 二 大 能源 消 费 国 ，能 源 消 耗 大 ，能 源 利 用 率 不 高 。 一些 发 达 国家 的能 源 利 用 率 己超 过 ５ ％，美 国 的 能源 利 用 率 达 到 ６ ％以 Ｏ Ｏ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｗ — ｒ ｄｅＷ ａ ｔ ｅ ｔＲ ｅ ｅ ｒ ｔｖ ｗ ｅ ｙ ｔ ｍ ｓ ａ ｃ ｎ Ｌｏ ｇ ａ ｓ ｅ Ｈ ａ ｇ ｎｅ ａ ｉ ｅ Ｐｏ ｒ Ｓ ｓ ｅ
Ｍｅ Ｙ ｎ ｘｎ Ｌ ｈ， ａ ａｊ ｉ ｉｇ ｉ， ｉ ｉＸｉ Ｈｕ ｎｉ Ｚ ｎ
压 ，泵 入 蒸 发 器 中 。液 态 的有 机 工 质 在 蒸 发 器 中 吸 收余 热 的热 能 ， 为 高 温 高 压 的 气 态有 机 工质 ， 变
火力发电厂低温余热利用技术探讨
火力发电厂低温余热利用技术探讨火力发电厂是一种利用化石燃料或生物质燃料进行燃烧的发电设施，通过高温产生的蒸汽驱动涡轮发电机发电。
然而，在火力发电过程中，也会产生大量的低温余热，如果不能有效地利用这些余热资源，将会导致能源的浪费和环境的污染。
火力发电厂低温余热利用技术的研究和应用具有重要的意义。
一、火力发电厂低温余热利用技术的背景和意义（100字）火力发电厂的运行离不开燃烧产生的高温蒸汽，而蒸汽在产生动力的也会产生大量的低温余热。
这些低温余热如果不能有效地利用起来，将会造成能源的浪费，同时排放对环境造成污染。
开发和应用低温余热利用技术有助于提高能源利用效率，减少对环境的影响，保护生态环境，符合可持续发展的要求。
二、火力发电厂低温余热的概念和来源（200字）火力发电厂低温余热是指在发电过程中产生的温度较低的废热，主要来源包括以下几个方面：1. 排放烟气：燃烧过程中，烟气中含有大量的热量，通常在排烟后温度仍然较高。
2. 循环冷却水：在火力发电厂中，冷却水被用于冷却燃气和鼓风机，冷却过后的水温相对较低，可以用于余热回收。
3. 辅助系统：火力发电厂还有许多辅助设备，如汽轮机的辅助供汽系统、汽轮机凝汽器等，这些系统产生的废热也可以进行利用。
三、火力发电厂低温余热利用技术的分类（200字）火力发电厂低温余热利用技术可以按照废热的温度和利用方式进行分类：1. 低温余热利用：适用于废热温度较低的场景，如排烟余热利用、冷却水余热利用等。
利用方式主要包括热水供暖、空调制冷、工业用热等。
2. 中温余热利用：适用于废热温度较中等的场景，如锅炉烟气余热利用、汽轮机凝汽器余热利用等。
利用方式主要包括蒸汽发生、供热、供电等。
3. 高温余热利用：适用于废热温度较高的场景，如锅炉过热器余热利用、汽轮机再热器余热利用等。
利用方式主要包括供电、制冷等。
四、火力发电厂低温余热利用技术的应用案例（400字）1. 冷却水余热利用：火力发电厂中，循环冷却水在冷却燃气和鼓风机过程中，温度会下降到相对较低的水平。
科技成果——螺杆膨胀机低品位余热发电技术
科技成果——螺杆膨胀机低品位余热发电技术适用范围机械行业，建材、化工、冶金、纺织、窑炉等低品位余热利用行业现状低品位余热资源分布广泛，如在石化的炼油领域，温度低于200℃的流体所携带的热量占炼厂总能耗的40%以上；在有色冶金行业，大量温度60℃以上的液态余热（如冷却水）及低压蒸汽蕴含可用的热能约1000万tce以上；水泥行业在生产过程中产生的大量350-400℃以下的余热，其总热量占水泥熟料烧成总耗热量的35%以上。
对上述各领域的低品位余热进行合理利用，具有较大的节能潜力。
成果简介1、技术原理该技术把有机朗肯循环与螺杆膨胀机结合起来进行应用，整个系统包括：蒸发器（含预热器）、膨胀机、冷凝器、液体泵。
系统循环工质选用R245fa。
当回收低品位余热时，含热流体经过蒸发器时加热液态膨胀机工质，产生高温高压的膨胀机工质蒸汽进入膨胀机，推动膨胀机做功。
由膨胀机排出的低温低压膨胀机工质进入冷凝器向环境放热冷凝成液态，再由液体泵送入蒸发器蒸发，由此完成一个完整循环。
螺杆膨胀机属于容积式膨胀机，结构紧凑，强度高，不易损坏。
变工况能力极强，在负荷的10%-120%范围内均可稳定运行，非常适合余热、废热等参数波动性较强的能源的回收和利用。
2、关键技术（1）采用Y系列型线螺杆膨胀发电机组Y系列型线螺杆膨胀机可以使流动阻力减小，等熵效率可达85%以上。
5:6螺杆齿数比，可达到较大的高压孔口，减少进气阻力，并使转子强度更高。
（2）定制式优化设计针对余热利用的具体条件，进行型线的优化，使热力学系统更合理，通过单级ORC发电、串级ORC发电设计，使系统的发电效率达到最大。
（3）高效液体泵针对输送低粘度、易闪发液体工质的使用要求，采用了特殊设计型线的螺杆泵，内泄漏小，绝热效率高，功耗低，变频驱动，比屏蔽泵减少功耗50%以上。
3、工艺流程ORC螺杆膨胀发电工艺流程图见图1。
管壳冷型ORC螺杆膨胀发电机组示意图见图2。
图1 ORC螺杆膨胀发电工艺流程图图2 管壳冷型ORC螺杆膨胀发电机组示意图主要技术指标对于120-250℃的烟气、80-160℃热水等低品位余热，ORC机组发电效率8%-12%技术水平该技术已获得国家发明专利3项，实用新型专利16项。
低品位余热利用技术的研究现状、困境和新策略
能源是人类赖以生存和发展的重要基础，也是经济发展的原动力。
但2008年金融危机为世界能源市场带来了一场巨大的考验，受其影响，全球一次能源需求增速放缓。
现行能源政策受到了严重挑战，如不加以改观，到21世纪末全球气温可能上升6℃，为了实现全球温度上升控制在2℃以内的目标，低碳能源革命时代必将悄然而至，廉价能源时代则将一去不复返。
随着经济高速增长，中国的能源消费量与日俱增，现已成为世界上仅次于美国的能源消费大国，其中工业能源消费量占总消费量的70%以上。
中国政府于2008年哥本哈根会议前夕提出节能减排目标：到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%~45%，非化石能源消费占一次能源消费的比重达15%左右，森林面积比2005年增加4000万hm2，森林蓄积量比2005年增加13亿㎡。
中国是以煤炭为基本能源的国家，煤炭比重长期保持在65%以上，而非化石能源占一次能源消费的比重仅约8%，因此面对环境污染、资源和能源短缺等硬性约束，必须寻求新的能源发展道路，才有可能突破经济增长的“瓶颈”。
目前，中国能源利用率仅为约30%，大量余热以各种形式被排放到大气中，可再生能源在能源结构中所占比例不足8%。
因此，回收利用余热在提高中国一次能源利用率方面具有举足轻重的作用。
目前，中国回收利用的余热主要来自高温烟气的显热和生产过程中排放的可燃气，中低温余热(即低品低品位余热利用技术的研究现状、困境和新策略此，寻找可重复利用的新型无水高效传热介质是推进低品位余热利用的关键所在。
本文在回顾国内外低品位余热利用方面的研究进展并评述其所面临困境的基础上，提出并论述了采用室温金属流体实现大规模余热利用的具有一定普遍意义的全新解决策略。
1 工业余热利用概况工业余热主要指工矿企业热能转换设备及用能设备在生产过程中排放的废热、废水、废气等低品位能源，利用余热回收技术将这些低品位能源加以回收利用，提供工业、生活热水或者为建筑供热，不仅可以减少工业企业的污染排放，还可以大幅度降低工业企业原有的能源消耗。
低品位余热回收利用技术的研发及应用
2010年第1期(总第58期)2010年2月收稿日期:2010201211作者简介:李贵良,1965年生,男,山西新绛人,1988年毕业于西安交通大学热能工程专业,2002年获西安交通大学工商管理硕士,高级工程师,公司董事长兼总裁。
高新技术低品位余热回收利用技术的研发及应用李贵良(太原嘉能动力科技有限公司,山西 太原 030021)摘 要: 低品位余热是一般不被重视的废气能源,虽然能量品质低或密度低,但将成为节能减排的重要组成部分,指出,通过多年的实践,对低品位余热利用的研发与应用技术是可行的,具有现实意义。
关键词: 低品位余热;余热锅炉;节能减排中图分类号: T K01 文献标识码: A 文章编号: 1674239972(2010)0120060202R esearch and Application of Low 2grade W aste H eat R ecoveryLI G ui 2liang(Taiyuan E 2power Technolgy Co.LTD ,Taiyuan 030021,Shanxi ,China )Abstract :Low 2grade waste heat is an emission energy which has being generally not taken seriously.Although the energy quality and density is low ,it will become an important component of energy 2saving and emission reduction.Through years of practice ,the author points out that research and development of low 2grade waste heat utilization and application technology is feasible and practical significance.K ey w ords :low 2grade waste heat ;waste heat boiler ;energy 2saving and emission reduction0 引言低品位余热是指能量品质低或密度低,一般不被人们重视的废弃能源。
低浓度瓦斯发电机组余热回收研究与应用
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｕｃｃｅｓｓ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｉｎ Ｊｉｘｉ ｍｉｎｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｇｒｏｕｐ，ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｍｅｔｈｏｄ，ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍ ｉｃ ｂｅｎｅｆ ｉｔ， ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒ ｙ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｅａｔ ｓｉｇｎｉｆ ｉｃａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏａｌ ｍ ｉｎｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｏｗ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｇａｓ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｓｅｔ Ｗ ａｓｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｎｅｅｄｌｅ ｔｕｂｅ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｕｎｉｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
２０１６年第 ３期
鼻谯晨纠枝
１９３
低 浓度 瓦斯发 电机组余热 回收研究 与应用
杜 学工
（鸡西矿业集 团隆舁发 电公 司，黑来自江 鸡 西市 １５８１７０）
摘 要 文章结合鸡西矿业集 团低 浓度瓦斯发 电机组余热 回收成功试验 ，分析 了低浓度 瓦斯发 电机组余热 回收的方式 、方
法和经济效益，探 讨 了低 浓度 瓦斯发 电机 组余热回收利用在煤矿应用的重要意义。
低温余热发电
焙烧炉烟气潜热回收前期研究1低温余热发电简介余热发电，是利用生产过程中多余的热能转换为电能的技术，是余热的动力回收途径，也是余热利用的一个重要发展方向。
它不仅节能，还有利于环境保护。
余热发电的重要设备是余热锅炉,它利用废气、废液等工质中的热或可燃质作热源，生产蒸汽用于发电。
由于工质温度不高，故锅炉体积大，耗用金属多。
用于发电的余热主要有：高温烟气余热，化学反应余热，废气、废液余热，低温余热等。
此外，还有用多余压差发电的；例如，高炉煤气在炉顶压力较高，可先经膨胀汽轮发电机继发电后再送煤气用户使用。
余热发电的方式有许多种，如：利用余热锅炉首先产生蒸汽，再通过汽轮发电机组，按凝汽循环或背压供热循环发电。
对于高温余热利用，采用余热发电系统产生电能更符合能级匹配的原则。
对较低温度的余热，在没有合适的热用户的情况下，将余热转换成电能再加以利用，也是一种可以选择的回收利用方案。
如：采用低沸点工质（氟里昂等）回收中低温余热，产生的氟里昂蒸汽按朗肯循环在透平中膨胀作功，带动发电机发电；或则采用加热工质至中低参数，再采用闪蒸器闪蒸出蒸汽，进入汽轮机中混汽做功。
余热发电技术与大中型火力发电不同，余热发电是通过回收工业生产过程中排放的废烟气、蒸汽所含的热量来发电，是一项变废为宝的高效节能技术。
它的特点是经济效益高；余热利用效率较高；系统简单，便于管理，生产人员较少；不增加大气污染物的排放，等效减少了二氧化碳及其它污染气体的排放；不消耗燃料，经济效益不受燃料价格波动的影响。
1.1国外余热发电现状国外从40年代就开始进行余热利用的研究，美、苏、日、法等国对余热利用给予重视，大量投资进行科研工作。
而对于纯中、低温余热发电技术，从上世纪六十年代开始研究，到七十年代中期，该技术无论是从热力系统还是相关发电设备都进入实用阶段，到80年代初期此项技术的应用达到了高潮，渐趋普及。
日本对此项技术的研究开发较早，也较为成熟，不但在本国二十几条预分解窑水泥生产线上应用了此项技术，并且出口到台湾，韩国等国家和地区。
利用余热发电技术的工业用汽轮机系统研究
利用余热发电技术的工业用汽轮机系统研究引言：随着环境问题的日益严峻和能源资源的日益稀缺，工业领域对于可持续能源的需求也越来越迫切。
而利用余热发电技术的工业用汽轮机系统成为了一种具有潜力的解决方案。
本文将对该领域的研究进行探讨，并分析其潜在优势以及面临的挑战。
1. 介绍利用余热发电技术的背景和意义余热发电技术是指通过捕捉和利用工业过程中产生的过热蒸汽、高温废气等余热资源，将其转化为电能的一种技术。
在工业领域，大量的余热资源常常被浪费掉，这不仅浪费了能源，也给环境带来了压力。
利用余热发电技术，不仅可以有效提高能源利用效率，还能减少环境污染，具有重要的经济和环境意义。
2. 工业用汽轮机系统的构成与原理工业用汽轮机系统是利用余热发电技术的核心组成部分。
它主要由锅炉、汽轮机、发电机和余热利用装置等组成。
当余热蒸汽从生产过程中排放出来时，通过余热锅炉回收这部分能量，然后用于驱动汽轮机产生功率，最后由发电机将功率转化为电能。
余热利用装置可以利用锅炉排出的废气进行再次燃烧，并将其能量转化为热水或蒸汽，从而提高发电系统的效率。
3. 工业用汽轮机系统的优势（1）提高能源利用效率：工业过程产生的热能经过余热发电技术的利用，可以将其转化为电能，从而提高能源利用效率和降低能源消耗。
（2）减少排放和环境污染：通过捕捉和利用余热资源，可以减少对环境的负面影响，降低废气和污染物的排放量。
（3）节约成本：利用余热发电技术可以降低企业的能源成本，提高经济效益，特别是对于工艺过程热能较大、过程热力利用恶劣煤矿安全化建要求比较高以及能源成本较高的行业来说，效益更为明显。
4. 面临的挑战与问题（1）技术难题：余热发电技术需要具备适用于不同行业的多种技术，如锅炉技术、余热利用技术和发电技术等。
同时，不同工艺过程的余热特性存在差异，需要针对性地开发和改进技术。
（2）经济因素：虽然利用余热发电技术可以带来经济效益，但同样也需要巨额的资金投入用于建设和维护系统设备。
低压余热蒸汽发电的可行性探讨
低压余热蒸汽发电的可行性探讨作者：李丽来源：《中小企业管理与科技·上旬》2010年第01期摘要:针对水钢低压余热蒸汽的现状,分析低压余热蒸汽发电的必要性、可行性,简述低压蒸汽发电技术和能量利用效果,论证开发利用低压蒸汽发电在技术上可行、经济上合理,经济效益和社会效益明显。
关键词:低压余热蒸汽发电中图分类号:TF54文献标识码:A0 引言水钢高温冶金炉后的余热烟道或其它冷却件的汽化冷却等装置,都会产生大量的蒸汽。
其用途很少,一般多用于采暖、洗浴等。
大多数采用对空排放,这不仅造成环境污染,而且造成较大的能源浪费。
1水钢低压蒸汽现状水钢炼钢原转炉汽化冷却烟道产生的大于0.5Mpa蒸汽约25t/h;新建二炼钢转炉投产后,将超过80t/h。
目前,除少量用于取暖、洗澡用汽之外,大多数被放散(表1)。
在浪费大量宝贵的水资源的同时,还浪费了已经回收的烟汽余热资源。
2低压余热蒸汽发电的必要性发展循环经济是我国建设节约型社会国策之一,更是企业实施低成本战略,增强竞争力的重要途径。
结合企业现状,推广、采用先进成熟的新技术、新设备、新工艺,科学合理地实施能源分级利用,竭力回收利用生产过程中产生的各种余压、余热资源,实现能源利用效益最大化,是企业发展循环经济的重要内容之一。
近年来随着国民经济的飞速发展,国家电力出现了极度紧张的局面,且在短时期内不能缓解。
为保证企业生产的正常、安全运行,国内同行纷纷提高自发电在企业用电负荷中所占的比例。
目前,水钢自发电量仅为用电负荷的22%左右,远低于同行一般水平,并且“工矿企业错峰用电”措施给水钢正常生产已带来了显而易见的影响。
充分回收转炉烟汽余热,利用其产生的低压蒸汽发电,提高水钢自发电量,减少外购电成本是十分必要的。
3低压余热蒸汽发电的可行性3.1低压蒸汽再利用的途径3.1.1用于水泵原动机利用汽轮发电机工作原理,根据所提供的低压蒸汽参数条件,设计小型单级汽轮机,用作水泵的原动机。
低品位余热发电汽轮机设计与应用研究
低品位余热发电汽轮机设计与应用研究摘要：本文通过研究温差发电的原理来设计品位余热发电汽轮机，对于发电需要的材料、温差发电装置以及发电过程中的重要技术难题进行设计与应用研究。
从而进一步提高发电汽轮机废气余热的利用效率，增加热能的利用效率。
关键词：温差发电;排气余热;利用效率1.排气余热温差发电概述1.1温差发电原理温差发电原理起源于上世纪60年代，也是目前被广泛运用在各种余热发电设备的热电转换理论。
温差发电技术是通过某些能够利用温差进行发电的特殊材料实现热电转化的发电技术，温差发电过程类似于电子技术中的PN结原理，通过两种特殊性能材料（P材料和N材料）使用特殊的连接方式进行联接，使得连接后的材料能够对于热能进行传递。
在进行温差发电过程中，要实现热电转化要考虑两个方面的影响。
一方面是如何选取进行发电的材料，不同的材料性能决定了温差发电过程中的转化效率以及过程中是否产生额外的能量损失，以及在具体的转化过程中传递性能是否良好;另一方面是如何对发电材料进行连接，不同的连接方式将会产生不同的回路，发电过程中线路中电能的消耗也是不同的。
1.2温差发电装置的构成大多数汽轮机余热温差发电装置都是由以下几个部件构成：排气余热吸收段以及排气排出段的管道、热电转化核心装置、连接设备以及中央调控设备等。
一般情况来说，汽轮机排气首先从排气余热吸收段进入管道，并且在整个热电转化管道中一直进行传递，直到从排气排出段的管道排出，这也是整个热点转化中重要的环节。
在排气传递的过程中，排气携带的余热将会从热电转化管道传递到热电转换核心装置中去，在中央调控设备中对于温度进行适当的调节，把多余的热能通过温差发电转化为电能。
被吸收余热后的汽轮机排气从排出段排出，由于温差与较热的排气在吸收段形成热对流，进而提高余热的发电效率。
1.3温差发电材料及发电模块物理学家通过研究发现，影响温差发电材料的具体性能有两个因素。
一是温差发电材料的塞贝克系数。
低品位蒸汽热电联产汽轮机的开发研究
摘要清华大学硕士学位论文题目：低品位蒸汽热电联产汽轮机的开发研究并列英文The Development of New Turbine Systems Using 题目Low Quality Steam Supply研究生姓名黄正元系别热能工程系专业热力叶轮机械导师姓名叶大均职称教授I摘要摘要本文结合国家“八五”重点科技攻关项目内容之一——清华大学5MW低温核反应堆热电联产工程对低品位蒸汽汽轮机及其系统的开发进行了论证与技术总结。
文章较全面的论述了低品位湿蒸汽汽轮机的技术关键，对两相流混流式汽轮机的结构设计、热力设计作了说明和计算。
针对低品位汽轮机的工质大多为湿蒸汽的特点，文章以相当的篇幅叙述了低品位汽轮机的去湿措施，通过对国内外去湿结构的分析，指出清华大学热能工程系敦瑞堂教授提出的径流轴流混合式结构十分巧妙的解决了湿蒸汽汽轮机去湿问题。
文章还介绍了在施工设计中考虑的各种去湿措施，解决了此类汽轮机的关键技术问题。
文章还通过对诸方案的分析比较，说明两相流混流式汽轮机的结构优势，论述了机组通过试验，不断的改进使其臻于完善的过程。
文章介绍了作者从低温核反应堆热电联产的运用得到启发，将产品推广运用到与工业小锅炉配套实现热电联产；运用到利用城市供热管道压差发电；拖动发电厂给水泵；作为船用动力装置以及拖动输油管道增压泵等领域，使低品位汽轮机成为一种用途很广的节能装置。
文章还介绍了作者通过多年汽轮机设计实际经验，利用为低温核反应堆热电联产的汽轮机为母体，运用积木块设计原则，衍化派生出各类子型机，并形成了低品位汽轮机系列型谱。
文章重点介绍了低温核反应堆热电联产工程设计与实施过程，作者根据其特点，在总体设计中采取了快装式结构，作者改变了汽轮机传统的双支点结构，采纳悬臂式结构，并改变了传统的主汽门加调节汽门结构，采用了联合汽阀结构，使整个装置的体积大为减小，并便于安装调试。
文章还介绍了热力系统的工程设计和实际演化过程，针对整个装置二次试验没有成功，作者认为利用高压水比较容易建立所需要的真空度，大胆采用了水环真空泵系统抽真空，使机组投运成功。
余热发电用低参数大功率汽轮机设计分析
余热发电用低参数大功率汽轮机设计分析张晗;吴梦;时小宝;张宏【摘要】针对工业过程中所排放的烟气余热特性,及相应生产的蒸汽参数及流量特点,分析了低参数、大流量余热发电用汽轮机功率大、通流面积大、机组效率低及蒸汽湿度大等设计难点,并从多个方面提出了一些设计方法,为余热发电用低参数大功率汽轮机的设计开发提供参考.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】3页(P7-9)【关键词】余热;低参数;大功率;汽轮机;设计【作者】张晗;吴梦;时小宝;张宏【作者单位】中信重工机械股份有限公司,河南洛阳471039;中信重工机械股份有限公司,河南洛阳471039;中信重工机械股份有限公司,河南洛阳471039;中信重工机械股份有限公司,河南洛阳471039【正文语种】中文【中图分类】TK2620 引言在水泥、钢铁、玻璃等行业生产过程中，会产生大量无法回收利用的废气余热。
随着国家节能减排形势的日益紧迫，余热合理高效利用已成为必然的发展方向。
量大面广的低温烟气余热，产生的主蒸汽温度及压力虽然参数低，但蒸汽量较大，现有的低参数汽轮机普遍功率偏小，相当多的余热发电项目常常需配套多台汽轮发电机组，这不仅增加项目建设成本，也使余热发电系统的设计、操作及维护更加复杂。
采用大功率的机组既可以提高机组效率、缩短建设周期、降低单位功率造价，还能增大单机功率、减少电站的占地面积及运行和检修人员，进而降低运行费用。
因此，需要开发合适的低参数大功率汽轮机。
1 余热发电蒸汽参数及流量特点余热发电用蒸汽主要来自余热锅炉，余热锅炉的热源为工业生产过程中的大量低品质烟气余热，其品位一般较低，以水泥行业为例，即使最先进的干法工艺仍有约占系统能耗35%的350℃低温余热被白白排放，单条5 000 t/d水泥熟料生产线烟气余热情况，窑头：240 000 Nm3/h，340℃；窑尾：340 000 Nm3/h，350℃；窑头、窑尾余热锅炉所产生主蒸汽流量约为45 t/h，压力0.686～1.7 MPa，温度280～320℃。
汽轮机低真空供热改造设计及运行分析的开题报告
汽轮机低真空供热改造设计及运行分析的开题报告一、选题的背景和意义随着煤炭等化石能源的日益减少和环保意识的增强，清洁能源的应用越来越受到重视。
而低真空供热技术就是一种能源清洁、效益高、安全稳定的供热方式。
作为一种新兴的供热方式，低真空节能供热技术具有取之不尽、用之不竭、价格低廉等一系列优势，受到了广大用户的高度认可和欢迎。
汽轮机作为一种重要的供热设备，在供热行业中得到了广泛的应用。
本文研究的汽轮机低真空供热改造设计及运行分析，将充分发挥汽轮机的优势，将低真空供热与汽轮机供热相结合，实现供热设备的升级和转型，达到减少能源消耗、提升供热水平的目的。
二、研究内容和方法1.研究内容本文的研究内容主要包括以下几个方面：（1）汽轮机低真空供热改造设计研究。
（2）低真空供热技术在汽轮机供热中的应用研究。
（3）汽轮机低真空供热过程中的热力学性质研究。
（4）汽轮机低真空供热系统的运行分析与评价研究。
2.研究方法本文采用以下方法对上述内容进行研究：（1）文献资料法，对汽轮机低真空供热技术的历史、理论和应用进行系统梳理和总结，为后续的研究提供基础。
（2）理论分析法，对汽轮机低真空供热的热力学性质、节能效果、运行特性等方面进行理论分析。
（3）实验研究法，通过实际的汽轮机低真空供热系统建设和运行，对其性能指标、运行参数等方面进行实验分析和检测，验证理论分析的正确性和可靠性。
三、预期目标和可行性分析1.预期目标（1）完成汽轮机低真空供热系统的建设，达到供热效果十分稳定和节约能源的效果。
（2）分析和总结汽轮机低真空供热的节能、环保、经济效益等优势，为其推广应用打下基础。
（3）提出完善汽轮机低真空供热技术的建议，为供热工程的科学发展提供参考。
2.可行性分析（1）目前，汽轮机低真空供热技术已经被广泛应用于多种场合，并取得了显著的效果，说明其技术成熟度相当高。
（2）本课题涉及到的技术领域广泛，包括汽轮机、低真空供热及其相关的热力学原理、环保技术等方面，因此有合适的技术应用和发展空间。
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低品位余热发电汽轮机设计与应用研究
摘要：本文通过研究温差发电的原理来设计品位余热发电汽轮机，对于发电需要的材料、温差发电装置以及发电过程中的重要技术难题进行设计与应用研究。
从而进一步提高发电汽轮机废气余热的利用效率，增加热能的利用效率。
关键词：温差发电;排气余热;利用效率
1.排气余热温差发电概述
1.1温差发电原理
温差发电原理起源于上世纪60年代，也是目前被广泛运用在各种余热发电设备的热电转换理论。
温差发电技术是通过某些能够利用温差进行发电的特殊材料实现热电转化的发电技术，温差发电过程类似于电子技术中的PN结原理，通过两种特殊性能材料（P材料和N材料）使用特殊的连接方式进行联接，使得连接后的材料能够对于热能进行传递。
在进行温差发电过程中，要实现热电转化要考虑两个方面的影响。
一方面是如何选取进行发电的材料，不同的材料性能决定了温差发电过程中的转化效率以及过程中是否产生额外的能量损失，以及在具体的转化过程中传递性能是否良好;另一方面是如何对发电材料进行连接，不同的连接方式将会产生不同的回路，发电过程中线路中电能的消耗也是不同的。
1.2温差发电装置的构成
大多数汽轮机余热温差发电装置都是由以下几个部件构成：排气余热吸收段以及排气排出段的管道、热电转化核心装置、连接设备以及中央调控设备等。
一般情况来说，汽轮机排气首先从排气余热吸收段进入管道，并且在整个热电转化管道中一直进行传递，直到从排气排出段的管道排出，这也是整个热点转化中重要的环节。
在排气传递的过程中，排气携带的余热将会从热电转化管道传递到热电转换核心装置中去，在中央调控设备中对于温度进行适当的调节，把多余的热能通过温差发电转化为电能。
被吸收余热后的汽轮机排气从排出段排出，由于温差与较热的排气在吸收段形成热对流，进而提高余热的发电效率。
1.3温差发电材料及发电模块
物理学家通过研究发现，影响温差发电材料的具体性能有两个因素。
一是温差发电材料的塞贝克系数。
塞贝克系数越低，就代表着温差发电材料的热电转化效率越低;二是温差发电材料的导热系数。
导热系数越小，则表明热能在温差发电材料中的传递越慢，传递过程中损失的热量也会越多。
因此在选择材料的时候要仔细考虑这两个因素的影响。
除了发电材料的选择，发电主体装置的核心温差发电模块的选择也是十分重要的。
温差发电模块能够保持整个发电过程中的温度处于一个恒定状态，避免
了因为温差剧烈变化而导致热能的大量损失以及发电装置过流损坏，提高了温差发电装置的热电转化的稳定性。
2.排气余热温差发电系统
对于汽轮机排气余热温差发电系统的主要要求是发电系统装置要尽量简便化和可靠性，因此需要对于原来的排气管道进行改造。
通过相关软件计算发电汽轮机排气管道相关的技术参数，进而确定管件的几何形体尺寸。
在保证排气管的弹性刚度的基础上，确定整个管件结构的整体分布。
进而根据排气管的相关设计理论对于排气管路的安放、定位以及限位等方式进行确定，保证整个管体结构的稳定性。
在上述的工程实施完成后，在原来的基础之上，在三通管中部增加小三角钢片来增强三通管的导流能力;在管件中部以及方圆节的上半段增加隔板来隔断外界温度变化对于管件气体排放的影响;对于管件接头以及弯头部分进行加强，保证这些部分的可靠性。
温差发电装置在余热发电系统的安放位置也是重要的。
正确的安放位置一方面能够保证余热尾气能够顺利地从汽轮机排气系统中转移到相应的温差发电装置中;另一方面还要保证温差发电装置在运转过程中不会受到汽轮机排气系统运转影响，能够独立自主地运行。
3.余热温差发电装置设计开发
3.1温差发电模块
温差发电模块一般由四部分组成，分别为第一层的陶瓷板，第二层的P型半导体，三层的N型半导体以及第四层的连接铜片。
整体模块采用内部结构并联，外部结构串联，部件之间采取串联的方式。
3.2热端气箱装置
热端气箱装置是对整个发电装置热能的来源，通过吸收含有余热的汽轮排气，保证整个温差发电装置能够正常运转。
通过对热端气箱装置对于整个温差发电装置的影响，我们可以得到以下结论：在整个温差发电装置中，各个组成模块的温差分布越均匀，装置内部的气体混乱度越低，整个装置的运行就会越发顺利。
根据这一结论，为了提高整个温差发电装置的运行效率，我们在原有的装置中加入了扰流片。
引流片可以保证余热气体在装置中均匀分布，避免因为余热气体排出端温度过高而引起整个装置的失效;能够使得装置中各部分的温度基本保持一致，避免温差造成装置失灵，提高了温差发电装置的热电转化能力。
3.3温差发电装置整体结构
一般情况下，温差发电装置整体结构是由三层构成的。
里面的一层是冷却水
管道，利用水的比热容最高的性质，与外面的管道起到保护整体热能转化装置的作用。
中间的一层是相应的汽轮机排气输送管道，通过这个管道的输送将有余热的气体送入到热电转化核心装置进行热电能转化;最外面的一层是夹紧装置，夹紧装置的主要主用是固定整个温差发电装置，隔断整个装置与外界环境的联系，保证整个设备能够正常运行。
4.结语
我们通过采用温差发电法，进一步降低了低品位余热回收的难度，提高了汽轮机预热的发电效率。
尽管目前温差发电法由于其成本较高，设计难度较大，但是可以肯定的是，随着社会节能减排的呼声不断增加，温差发电法的利用将会越来越广。
我们通过采用温差发电发可以进一步提高余热的利用效率，促进我国节能减排事业的不断发展。
参考文献：
[1]王汝金，张秀平，贾磊，吴俊峰，钟瑜.有机朗肯循环技术在低品位余热发电系统中的应用[J].电力需求侧管理，2011（05）.
[2]尹刚，吴方松，张立志.低温余热发电技术的特点和发展趋势探讨[J].东方电气评论，2011（01）.
[3]梅映新，李志，夏焕锦.低品位热能回收发电应用研究[J].船电技术，2012，S1.。