Umfassende Analyse, warum die ORC-Stromerzeugung einen Turbinenexpander anstelle eines Schraubenexpanders wählen sollte

Thread Content

Bei der sogenannten ORC-Stromerzeugung (Organic Rankine Cycle) nimmt das organische Arbeitsmedium über einen Wärmetauscher Wärme aus dem Abwärmestrom auf und erzeugt so Dampf mit einem bestimmten Druck und einer bestimmten Temperatur. Der Dampf tritt in den Expander ein, expandiert und verrichtet Arbeit und treibt so den Generator zur Stromerzeugung an. Der aus der Turbine austretende Dampf gibt im Kondensator Wärme an das Kühlwasser ab, kondensiert in einen flüssigen Zustand und kehrt schließlich mit Hilfe der Arbeitsflüssigkeitspumpe zum Wärmetauscher zurück, wo der Kreislauf weitergeht. Die ORC-Stromerzeugungstechnologie wurde schon früh in Europa und den Vereinigten Staaten eingeführt. Nach der Entwicklung hat es einen Maßstab gebildet und ist eine wichtige Anwendung im Bereich der Stromerzeugung bei niedriger Temperatur und geringer Wärmeentwicklung. Derzeit im Westen entwickelt * * , kann der effektive Nutzungsgrad von Niedertemperatur und Niederwärme 60 % erreichen, während er in meinem Land derzeit zwischen 30 % und 40 % liegt, und die Lücke ist offensichtlich. Was die Anwendung betrifft, so verlief die Entwicklung der ORC-Stromerzeugungstechnologie meines Landes zwar schon früh (die ORC-Technologie wurde erstmals 1977 bei der Niedrigwärmestromerzeugung in Yangpajing in Tibet mit einer installierten Leistung von 1 MW eingesetzt), die Entwicklung relativ langsam und es gibt nur eine Handvoll inländischer Hersteller mit ORC-Technologie. Das Turbinen-ORC-Stromerzeugungssystem wird im Wesentlichen in der industriellen Abwärme- und Kohlengrubengasaufbereitung eingesetzt. Dies ist einer der wenigen Fälle in China, in denen die Turbinen-ORC-Technologie vor Ort eingesetzt wurde. Die ORC-Stromerzeugungstechnologie wird hauptsächlich in Niedertemperatur- und Schwachwärmebereichen eingesetzt. In den letzten fast zwei Jahrzehnten verlief der wirtschaftliche Aufbau meines Landes rasant. Mit dem Aufkommen der Energiekrise und dem Anstieg des Umweltschutzenergiebedarfs wird die ORC-Stromerzeugung immer häufiger erwähnt. Die ORC-Stromerzeugungstechnologie kann in vielen Szenarien eingesetzt werden, darunter industrieller Abdampf, Abwärme, Kohlegrubengasverbrennung, Geothermie, Photothermie und andere Bereiche. Einige Experten gehen davon aus, dass der photothermische Bereich in Zukunft ein sehr großes Anwendungsszenario für die ORC-Stromerzeugung sein wird. In den in diesem Jahr gemeinsam von drei Ministerien und Kommissionen herausgegebenen „Mehreren Stellungnahmen zur Förderung der gesunden Entwicklung der Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien ohne Wasserversorgung“ wurde jedoch vorgeschlagen, dass neue solarthermische Projekte nicht mehr in den Geltungsbereich der zentralen Finanzförderung einbezogen werden. Die Zukunftsaussichten der solarthermischen Stromerzeugung sind unklar, daher geht der Autor davon aus, dass industrielle Abwärme auch das wichtigste Anwendungsfeld der ORC-Stromerzeugung sein wird. Was wir als industrielle Abwärme bezeichnen, hat ein sehr breites Spektrum und umfasst im Allgemeinen Hochtemperatur-Rauchgase aus verschiedenen Prozessanlagen, Kühlwasser aus Hochtemperatur-Prozessanlagen sowie etwas Hochtemperatur-Abwasser, Abdampf usw. Lange Zeit wurde diese Wärme aus Gründen wie hohen Wiederverwendungskosten und unausgereifter Technologie oft direkt entsorgt, was zu einer großen Energieverschwendung führte. Später wurde in großen Wärmekraftwerken das Hochtemperatur-Rauchgas durch Wiedererwärmung, sekundäre Wiedererwärmung und andere Technologien rational genutzt, was als effektive Möglichkeit der Energiewiederverwendung angesehen werden kann. Für einige Unternehmen mit hohem Energieverbrauch und hoher Umweltverschmutzung wie der chemischen Industrie, der Stahl- und Zementindustrie usw. mangelt es jedoch immer noch an einer solchen Behandlungsmethode. Das Aufkommen der ORC-Technologie liefert eine neue Idee für die Nutzung industrieller Abwärme. Aufgrund seiner hohen Kopplung und hohen Abwärmenutzungsrate ist es für viele Unternehmen zu einer Denkweise geworden, Energie zu sparen und den Verbrauch zu senken. Einige Experten haben analysiert, dass der Markt für die ORC-Stromerzeugung nach seiner Einführung ein Billionenmarkt sein wird. Da es derzeit jedoch nur wenige Anwendungsbeispiele für die ORC-Technologie im Inland gibt, sind viele Unternehmen abgeschreckt. Dieser Artikel liefert Ihnen einige Ideen durch die Analyse der aktuellen inländischen ORC-Stromerzeugungstechnologie. Angesichts des begrenzten Niveaus und der schwachen Schreibfähigkeiten des Autors können Sie bei Fragen eine Nachricht hinterlassen, um mehr zu erfahren. Wir führen eine umfassende Analyse des ORC-Stromerzeugungsprinzips, der Expanderauswahl, der Arbeitsflüssigkeitsauswahl und der Wirtschaftlichkeit durch. 1. Prinzip der ORC-Stromerzeugung Im vorherigen Artikel wurde dieser Prozess kurz vorgestellt, und hier sind einige Ergänzungen. Das Arbeitsmedium, das im Dampfturbinengeneratorsatz, den wir täglich nennen, verwendet wird, ist Wasser, und sein Prinzip kann als WRC bezeichnet werden. Das in ORC verwendete Arbeitsmedium ist ein organisches Arbeitsmedium. Im Allgemeinen werden Materialien mit niedrigeren Siedepunkten, hohen Wärmeaustauschraten und günstigen Preisen ausgewählt. Das organische Arbeitsmedium absorbiert Abwasser, Abdampf oder andere Wärme (wir bezeichnen es zusammenfassend als Abwärme) und wandelt sie in wiederverwertbaren Dampf um, der die rotierenden Teile zur Arbeit antreibt und so den Generator zur Stromerzeugung antreibt. Zusammenfassend umfasst die erforderliche Ausrüstung hauptsächlich ORC-Generatorsätze, Verdampfer, Kondensatoren, Kühlsysteme und einige Pumpen- und Ventilausrüstungen. Da die Leistung von ORC-Generatorsätzen im Allgemeinen nicht hoch ist, ist die erforderliche Ausrüstung im Allgemeinen relativ einfach und leicht zu konfigurieren, und die Hauptausrüstung wird im Inland hergestellt. Die wichtigste Ausrüstung ist der im ORC-Generatorsatz verwendete Expander, und die Investition in den gesamten ORC-Generatorsatz macht mehr als 60 % der gesamten Systeminvestition aus. Im gesamten System gibt es zwei technische Hauptprobleme: Zum einen die Auswahl des Expanders und zum anderen die Auswahl des Arbeitsmediums. 2. Auswahl von Expandern Es gibt zwei Haupttypen von Expandern: Der eine ist der Turbinenexpander (der in Radialfluss und Axialfluss unterteilt ist) und der andere ist der volumetrische Expander (hauptsächlich als Schraubenexpander verwendet, es gibt keine Fälle anderer Typen, im Folgenden geht es hauptsächlich um Schraubenexpander). Der sogenannte Turboexpander, auch Turboexpander genannt, verfügt über ein drehbares Messer in der Kammer. Durch die Ausdehnung des Gases dreht sich die Schaufel und treibt dadurch das Wellensystem in Rotation. Der Turboexpander kann die bei der Gasexpansion freigesetzte Wärme unter adiabatischen Bedingungen maximal in die kinetische Energie des Wellensystems umwandeln und weist daher einen höheren thermischen Wirkungsgrad und einen höheren Exergiewirkungsgrad auf. Derzeit ist die Hauptdampfturbinenausrüstung großer Wärmekraftwerke eine Turbine, sodass die Technologie relativ ausgereift ist. Schraubenexpander sind derzeit eine wichtige Wahl für inländische ORC-Hersteller. Da das Land bei der Einführung der ORC-Technologie in einem frühen Stadium über Schneckenleistung verfügte, wurden auch in der späteren inländischen Entwicklung gewisse Ergebnisse erzielt. Der allgemein als Schraubenexpander bezeichnete Doppelschneckenexpander besteht aus drei Prozessen: Ansaugen, Expansion und Ausstoß. Aufgrund der Konstruktion dieses Doppelschneckenmodells wird die Schmierung der Kupplung zu einem großen Problem für das geschlossene Wellensystem. Derzeit sind die wichtigsten ORC-Expander in China hauptsächlich Turbinenmaschinen und Doppelschneckenmaschinen. Der Vorteil des Turbinenexpanders besteht darin, dass seine Technologie ausgereift ist und ein mehrstufiges Design realisiert werden kann, sodass er in Einheiten mit einer einzelnen Einheit von 200 kW oder mehr eingesetzt werden kann. Darüber hinaus verfügt der Turboexpander über einen hohen isentropen Wirkungsgrad, geringe Verluste, eine kompakte Struktur und relativ freundliche Betriebs- und Wartungszyklen. Der Nachteil besteht darin, dass die Geschwindigkeit hoch ist, daher hohe Anforderungen an das Steuerungssystem gestellt werden und nicht für Geräte unter 200 kW geeignet sind. Obwohl Schraubenexpander derzeit von inländischen Herstellern in Massenproduktion hergestellt werden, sind die Anwendungserfahrungen nicht gut. Das Hauptproblem sind die oben erwähnten hohen Anforderungen an die Schneckenschmierung. Darüber hinaus sind die Verarbeitungsgenauigkeit und die daraus resultierenden Wartungskosten höher als die Kosten des Expanders. Noch wichtiger ist, dass der Schraubenexpander nicht über das mehrstufige Design des Turbinenexpanders verfügt. Wenn Sie die Wirkleistung erhöhen möchten, müssen Sie das Kammervolumen vergrößern, sodass er nicht für größere Aggregate geeignet ist. Schraubenexpander werden in gewissem Umfang auch im Ausland eingesetzt. Der Grund dafür ist, dass die ORC-Stromerzeugungstechnologie im Ausland viele Einsatzszenarien hat. Da die Bewohner vieler ausländischer Gebiete verstreut leben, kann der Einsatz der ORC-Stromerzeugungstechnologie einen gewissen Teil des Strombedarfs der Bewohner decken. Obwohl Schraubenexpander hohe Anforderungen an die Ausrüstungsmaterialien stellen, stellen sie geringe Anforderungen an die Steuerungstechnik und haben daher eine gewisse Popularität erlangt. Die Anwendungsumgebungen im In- und Ausland sind völlig unterschiedlich. Unsere ORC-Technologie ist vor allem eine Ergänzung zur industriellen Stromerzeugung und die Steuerungstechnik ist ausgereift. Da Bedarfsszenarien eine hohe Leistung erfordern, sind Turboexpander die bessere Wahl. 3. Auswahl der Arbeitsflüssigkeiten Es gibt viele verschiedene organische Arbeitsflüssigkeiten, die bei der ORC-Stromerzeugung verwendet werden, aber es gibt nur wenige Arten. Die am häufigsten verwendeten sind R245fa und R123. Bei der Auswahl des Arbeitsmediums werden vor allem die Effizienz des Wärmeaustauschs, der Wärmeverlust und die Kostenleistung berücksichtigt. Standardsiedepunkt des Arbeitsmediums/℃ Kritische Temperatur/℃ Kritischer Druck/MPa Latente Verdampfungswärme/J * g-1 spezifische Wärmekapazität/J * g-1 * K-1 relative Molekülmasse R245fa 14,9 154,1 3,64 196,69 1,318 134,0 R123 27,7 183,8 3,67 170,19 1,022 152,9 Aus der obigen Abbildung ist ersichtlich, dass die Grundparameter der beiden Arbeitsflüssigkeiten nicht sehr unterschiedlich sind, aber die latente Wärme von Die Verdampfung und die spezifische Wärmekapazität von R245fa pro Masseneinheit sind höher als die von R123, daher kann mehr Wärme abgegeben werden, was wir als Wärmeaustauscheffizienz bezeichnen. Daher ist es aus technischer Sicht sinnvoller, R245fa zu wählen. Darüber hinaus ist R245fa derzeit ein weit verbreitetes Kältemittel in der Industrie, und das Angebot ist größer. R123 wird im Allgemeinen nur als einige Hilfsprodukte verwendet. 4. Wirtschaftlichkeit Aus Sicht der Erstinvestition wird der Preis des Turboexpanders etwas höher sein, hauptsächlich aufgrund der mangelnden Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt. Da immer mehr Hersteller beginnen, an Turboexpandern zu arbeiten, sind auch die Preise gesunken. Darüber hinaus sind die Betriebskosten und die Wartungskosten des Turboexpanders geringer, sodass er eine wichtige Wahl für die zukünftige ORC-Technologie darstellt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Turboexpander sowohl auf technischer als auch auf wirtschaftlicher Ebene gewisse Vorteile haben. Allerdings ist der inländische ORC-Markt derzeit noch unausgereift und viele Unternehmen greifen bei der Produktauswahl auf ausländische Fälle zurück. Allerdings ist die Situation im In- und Ausland noch etwas unterschiedlich. Turboexpander sind in zukünftigen industriellen Abwärmeanwendungen immer noch durchaus konkurrenzfähig. Verkokungstechnik