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天加发布效率最高低温发电系统,航天科技六院

时间:2019-11-06 00:53来源:科学研究
新豪天地登录网址,前不久,300千瓦等级低温余热有机朗肯循环发电机组CT-300全负荷运行及并网试验,在中国航天科技集团公司六院长动集团实施了空负荷试验,取得了稳定发电功率

新豪天地登录网址,前不久,300千瓦等级低温余热有机朗肯循环发电机组CT-300全负荷运行及并网试验,在中国航天科技集团公司六院长动集团实施了空负荷试验,取得了稳定发电功率320千瓦,效率10.09%,6次模拟并网全部成功的阶段性成果。

2009年,九江石化针对炼油装置大量低温热能质低、位置分散的现状,按照“温度对口、梯级利用”的原则,通过节能技术改造,在炼油装置中建立起一大一小两个系统,初步解决了老装置系统低温热优化匹配的问题。

“经标定,ORC机组净发电量约为535千瓦,可满足装置总用电负荷的50%左右,可适应装置60%——100%负荷操作弹性要求,折合节能量168万千克标准煤/年,装置能耗降低大约1千克标油/吨,具有显著的节能效果和经济效益。”对于中国石化股份有限公司建立的第一套对汽油产品低温热进行回收并发电的装置——燕山石化公司2#SZorb装置低温余热发电项目的运行效果,中石化相关技术负责人显得格外自信。

据了解,天加公司与UTC在2015年建立了全球战略合作关系。UTC将其PureCycle有机朗肯循环低温发电产品及技术全部转移至天加公司,相关技术据称领先国内同行30年。

该院希望通过有机朗肯循环发电机组的研制开发与技术攻关,助推长动集团科技创新能力实现大幅提升。 来源:航天科技网站

“低温余热数量大,品位低,如何有效充分利用一直是炼化企业研究的课题。”九江石化生产经营部节能办主任王瑞群介绍说,本世纪初,九江石化低温热水主要用于气分装置、生水换热、锅炉除盐水换热、生活水换热和冬季采暖,但热源利用有限;原有低温热网络存在热阱不足,热量过剩;热阱季节性较强使系统的综合调控较为困难等问题。

不过,技术在案例实际应用环节也会遇到一些问题。例如,由于冬、夏季对汽油蒸汽压要求不同,稳定塔操作参数将会有所变化,会对发电功率有所影响。据介绍,虽然余热综合利用系统可以满足设计发电量,但毛发电功率和自用功率均略大于设计值。

美国联合技术公司环境控制与安防全球总裁麦杰辉、国际总裁舒若思、国际技术总裁江宏轮、中国制冷学会理事长金嘉玮、中国制冷空调工业协会执行理事长樊高定、中国制冷空调工业协会秘书长张朝晖、国家太阳能光热产业技术创新战略联盟秘书长刘晓冰、清华大学建筑环境与设备研究所所长李先庭、天加公司董事长蒋立、天加公司代总裁任伟健、天加公司常务副总裁郝然、天加热能公司执行总裁节连山等参加了产品揭幕仪式。

有机朗肯循环低温余热发电技术是一个利用低温余热及工业废热通过低温有机工质发电来实现高效率、低成本的发电技术。这一试验的成功,标志着长动集团ORC技术在国内处于领先水平,具备了进入国内低温余热发电领域的技术实力。

“在国内采用向心式透平膨胀机,以烷烃类工质为循环工质的有机朗肯循环技术,并实现兆瓦级ORC发电装置工业应用的,九江石化是第一套。”黄浩博士介绍说,和其他有机朗肯循环技术相比,九江石化ORC系统的低温余热发电装置具有明显的优势。一是循环工质采用的是炼化装置自产的异丁烷,具有原料易得,成本较低的优势,而且更加绿色环保,价格仅为氟利昂类工质的十分之一。二是原动机采用的是透平膨胀机。相对于其他类型原动机,透平膨胀机具有单机功率大、效率高的优势,非常适合炼化企业这类低温余热资源量大的应用场合。七一一研究所在多年技术积累的基础上开发了目前国内最大、单机功率达到1600千瓦的透平膨胀机组应用于九江项目中。三是换热器采用高效紧凑型全焊接板式换热器。该型设备的采用有助于提高换热效率、降低有机工质填充量、减少设备占地。四是该项目所有核心设备全部实现了国产化。

“2#SZorb装置的塔底油低温位余热,设置了ORC有机朗肯循环发电机组。在设计工况下,ORC机组净发电量约为540千瓦,可满足装置总用电负荷的50%左右。”该负责人告诉中国经济导报记者。

众所周知,我国能源结构以化石能源为主。根据国家统计局发布的数据,2015年我国能源消费总量为43亿吨标煤。其中,煤炭、石油、天然气等化石燃料消费量占我国能源消费总量的80%以上。而当前我国的能源利用效率远低于发达国家,大量余热直接排放造成污染,并造成雾霾。

为深度挖掘节能潜力、降低单位能耗,2014年,中国石化科技部将“炼厂低温余热有机工质发电技术开发”列入股份公司科技开发项目和“能效倍增计划”立项开发,委托九江石化、洛阳工程公司、中船重工第七一一研究所结合九江石化油品质量升级工程富余低温热资源,开展技术路线论证、发电装置研究及工业应用等研究工作。2014年6月总部科技部组织完成方案评审。2015年2月出版可研报告。

当然,设计余热发电系统也有一定的要求。比如,要对工艺装置设计和运行有深入了解,要对各种余热发电技术优点和缺点全面掌握,取热系统设计要安全、换热设备安全可靠以及预防措施到位,不影响装置安全生产,以及在各种情况下,低温发电系统不应对工艺装置生产负荷、平稳运行、安全生产、产品质量有任何影响等。

据悉,天加新一代PureCycle有机朗肯循环低温发电系统,是从UTC旗下的普惠公司引入的成熟产品。系统采用有机朗肯循环技术,利用有机工质低沸点特性,在中低温条件下可以获得较高的蒸汽压力,推动膨胀机做功,从而将低品位热能转换为高品位的电能。该系统针对中低温余热(80~300摄氏度)进行回收发电,具有高可靠性、高发电效率、可自动并网及高度集成等一系列优点,能将低温余热的热电效率从国内目前水平的5~9%提升至10~23%,是目前国内最高热电效率的低温发电系统,达到国际领先水平。

中船重工第七一一研究所九江项目经理、高级工程师黄浩博士表示,工业余热利用是推进节能减排的重要环节,有机朗肯循环技术作为低温余热发电利用的有效途径之一,已广受关注。

那么,人们不禁要发问,究竟低温余热发电解决了哪些行业难题?其重要技术价值体现在哪儿?为什么要如此迅速地进行推广?众所周知,石化行业能源耗量占工业总能耗的16%左右。中石化每年的燃料消耗约为4000万吨标油,其中很大一部分是以余热的形式散失掉。

中国制冷空调工业协会理事长金嘉玮先生表示,天加公司是行业中异军突起的一只新军,注重技术,注重创新,而这次天加公司发布的PureCycle有机朗肯循环低温发电系统,代表了一个新的技术方向。

当前,我国能源供给形势严峻、环保压力增大,深入开展节能减排工作尤为迫切。据相关资料显示,现阶段我国工业余热的回收效率只有发达国家的80%左右,提高能源利用效率是目前我国节能减排的工作重点。对余热资源巨大的炼化企业而言,有机朗肯循环低温余热发电技术的大型工业应用,可以充分实现能源的梯级利用,并形成拥有自主知识产权和核心竞争力的节能产品。在这种背景下,九江石化有机朗肯循环低温余热发电装置的投用,无疑可为炼化企业低温热资源的回收利用、减少碳排放、节能降耗提供良好的借鉴和示范。

技术革新解决行业难题

在全球发展注重环保这个大背景下,天加把全球最领先的技术引进中国,是一个引进消化吸收再创新的过程。希望这么好的产品在中国平稳落地,更能生根开花,最后通过地区化创新,从中国走向世界。

王瑞群说:“在500万吨/年规模时,我们围绕低温热的利用做了许多改造优化工作,但现在装置规模提升到800万吨/年以后,原有的一些节能利用措施,难以充分消化这些增长的低温热源,而利用低温热发电,应该说是为有效地解决这个问题探索出了一条新路。”

虽然是“第一个吃螃蟹的人”,燕山石化公司2#SZorb装置低温余热发电项目从设计到投产却十分顺利,“余热综合利用系统设计能力为105万吨/年,设计年运行时间为8400小时。2015年9月18日,蒸发器引油,并于当日一次开车并网成功。”该负责人告诉记者,项目运行至今,并无类似于装置修改、整体设备出现问题等情况出现,运行状态十分平稳,并且装置检修期间以及在预留接口的前提下不停工均可实施。

确立余热利用节能减排新高度

2015年,三方遵循“技术上先进,经济上合理”的原则,进行了多次技术方案论证,充分考虑炼厂低温余热资源数量大、温位低的特点,结合透平膨胀机效率高、单机功率大,烷烃类有机工质廉价易得的优点,最终确定采用透平膨胀机有机朗肯循环低温发电技术路线,有机工质采用异丁烷。装置主要包括一套装机功率1600千瓦的透平膨胀机发电机组,两台预热器,四台蒸发器,一台过热器,四台冷凝器,三台工质泵及配套控制配电系统。

煤水70/95℃,余热发电机组循环效率仅为5%,所以必须符合适用条件才能发挥技术的最大效益和价值。不过,条件的固定并不会影响技术的进一步推广。”

国家太阳能光热联盟秘书长刘晓冰先生表示,天加公司推出的PureCycle有机朗肯循环低温发电系统是节能环保产品。

黄浩博士称,九江石化有机朗肯循环发电装置节能降耗主要体现发电和节省空冷电耗两个方面。虽然对本项目的后评价还有待时日,但从目前运行情况看,本项目无疑是成功的。初步统计,扣除机组自耗电和循环水耗电,按照全年冬夏季节平均节电1250kW计算,本项目每年节电1050万度,节约标煤1400多吨,实现二氧化碳减排3300多吨。

区维温、伴热等利用措施。“某炼化企业热水发电项目热

中国制冷空调工业协会执行理事长樊高定先生表示,天加公司是行业中的知名企业,天加公司新一代PureCycle有机朗肯循环低温发电系统的推出,是我国低温发电技术的全新高度,推广应用该产品将为我国的节能减排和环境保护事业贡献力量!

此时,他身后的低温余热有机朗肯循环(ORC,Organic Rankine Cycle)发电装置已经安全平稳运行了将近300个小时。

据相关资料显示,现阶段我国工业余热的回收效率只有发达国家的80%左右,因此,提高能源利用效率是目前我国节能减排的工作重点。对余热资源巨大的炼化企业而言,SZorb装置低温余热发电技术的大型工业应用,可以充分实现能源的梯级利用,并形成拥有自主知识产权和核心竞争力的节能产品。在这种背景下,燕山石化公司2#SZorb装置低温余热发电项目无疑可为炼化企业低温热资源的回收利用、减少碳排放、节能降耗提供良好的借鉴和示范。

多领域广泛应用

2015年11月发电装置土建施工;2016年5月实现中交;2016年7月25日首次并网;在进一步完善和调试之后,8月3日,机组实现满负荷并网运行,所有运行参数达到设计指标。

记者了解到,目前,SZorb装置低温余热发电工业化应用项目已经列入中石化科技部科技开发项目,ORC余热发电技术将形成技术标准,并拟全面在石化系统内其余SZorb装置上推广应用,预期的节能量能达到5500万千克标准煤/年。

近日,天加公司在第二十七届中国制冷展发布“新一代PureCycle有机朗肯循环低温发电系统”。该发电系统的核心部件膨胀发电机,采用美国联合技术公司旗下的普惠公司的成熟透平技术及集成控制系统,热电效率远高于同类的螺杆膨胀机,是目前中国热电效率最高的低温发电系统。

“低温热发电装置投运后,我们已经停掉了10台用来冷却热水的空冷器。扣除机组自耗电和循环水耗电,初步估算,目前每天差不多可节电1000度左右”。8月15日下午,九江石化炼油运行五部主管生产的副部长邓静耿向记者介绍说。

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目前,天加公司已建成我国首个透平ORC发电工程示范中心,为低温发电项目树立了应用典范。此外,天加公司还成立了企业双院士工作站及国家级博士后工作站,致力于ORC发电和节能减排技术的研发。该院士工作站引进我国著名传热学专家中国科学院院士陶文铨、何雅玲为首的专家团队,代表了我国余热利用领域的顶尖学术水平。天加公司将充分利用院士团队的学术资源,致力于不同行业余热源取热技术的研究,为PureCycle有机朗肯循环低温发电系统的研究,提供有力的技术支持和保障。

低温余热主要为温位在90~150度的余热资源,包括热媒水、烟气、低压放散蒸汽、待冷却的工艺物流等。在化工、水泥、冶金等众多行业,低温余热资源丰富,但由于缺乏相应的技术,长期以来,除少量用于制冷、供热外,大量低温余热白白浪费,在有些工艺中,需要采用空冷、水冷等耗能的方式处理低温热。在此过程中,不但没有节能,反而损耗了大量的其他能源。

据了解,在低温热利用的各种途径中,低温热发电是一种重要的能量回收形式,可以将低温热能直接转化成高品质的电能。在大量低温热过剩,难以找到合适的回收渠道时,采用低温热发电是一种有效途径。

据介绍,天加公司PureCycle有机朗肯循环低温发电系统可广泛用于钢铁冶金、水泥建材、化工石油、核能热电、印染造纸、化肥制药等高能耗行业的余热回收发电,可将废弃的低品位热能转化为高品质的电能。除此之外,该产品还可以推广到可再生能源发电系统中,如地热发电、太阳能光热发电和生物质能发电。

同时,该余热发电技术有其固定的适用条件——用于发电的余热温位应相对较高,最好大于100℃,热量相对集中为1——5兆瓦。对温位

如果把这部分余热进行回收利用,能大大减少国家对化石能源的消耗。同时,余热的利用亦可降低工业生产灰尘和污染气体的排放,降低大气PM2.5的含量。

低温热能化身高品质电能

顶级透平核心技术

SZorb装置是如何进行低温余热发电的?据介绍,以一套120万吨/年的SZorb装置为例,塔底油的低温位余热设计负荷约为7兆瓦,正常操作工况热负荷约为5——6兆瓦,采用ORC有机朗肯循环发电,毛发电量约为600——700千瓦,系统循环发电效率为8%——10%,净发电量约为500——600千瓦。

成就国内最高效率低温发电系统

ORC有机朗肯循环发电技术原理图

长岭石化SZorb装置ORC发电机组正在调试运行;安庆石化SZorb装置、柴油加氢装置ORC发电机组的详细设计已经完成;茂名石化柴油加氢装置ORC发电机组正在调试运行;SEI已实现SZorb装置低温余热工业化运行业绩3套,规划设计项目10余套……该低温余热发电技术推广速度日新月异。同时中国经济导报记者还了解到,以燕山石化公司项目为依托,SEI还承担了中国石化集团公司2015年科技开发项目《低温余热发电成套技术开发及工业应用》,进一步推广到石化行业具有类似低温位余热资源的重整装置、柴油加氢装置等各种类型工艺装置和系统单元,节能量达到40*104万千克标准煤/年。

低于100℃的余热资源,中石化相关技术负责人表示,一般不建议采用余热发电回收,可考虑余热除盐水、余热制冷、罐

应用条件受限不影响技术推广

实际上,SZorb装置低温余热发电项目技术推广优势十分明显:其一,在无法直接利用的情况下,大多工艺低温余热都可以用于发电;其二,利用余热发电的同时,还可以停用原物流冷却用的空冷器和水冷器,既节电又节水;其三,余热发电最大的优势是发出的电能使用不受限制,不会受热阱条件的变化而影响装置的正常运行;其四,余热发电机组事故停车,对本装置以及其他装置的安全稳定运行基本没有影响。

据了解,低温余热主要为温位在90——150℃的余热资源,包括热媒水、烟气、低压放散蒸汽、待冷却的工艺物流等。在化工、水泥、冶金等众多行业,低温余热资源丰富,但由于缺乏相应的技术,长期以来,除少量用于制冷、供热外,大量低温余热白白浪费。在有些工艺中,甚至需要采用空冷、水冷等耗能的方式处理低温热。在此过程中,不但没有节能,反而损耗了大量的其他能源。“回收利用好这部分余热对实现节能减排目标、降本增效和增强企业竞争力具有重大战略意义。”中石化相关技术负责人表示。

编辑:科学研究 本文来源:天加发布效率最高低温发电系统,航天科技六院

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