Комплексный анализ того, почему энергетические компании ORC должны выбирать турбинный детандер вместо винтового детандера.

Thread Content

Так называемый ORC (органический цикл Ренкина) означает, что органическая рабочая жидкость поглощает тепло из потока отработанного тепла через теплообменник для генерации пара с определенным давлением и температурой. Пар поступает в детандер, расширяясь и совершая работу, заставляя генератор вырабатывать электроэнергию. Пар, выбрасываемый из турбины, отдает тепло охлаждающей воде в конденсаторе, конденсируется в жидкое состояние и, наконец, возвращается в теплообменник с помощью насоса рабочей жидкости, и цикл продолжается. Технология производства электроэнергии ORC возникла рано в Европе и США. После разработки он приобрел масштабы и стал важным применением в области производства низкотемпературной и малотепловой энергии. В настоящее время разработан на Западе * * Эффективный коэффициент использования низкой температуры и низкого тепла может достигать 60%, тогда как в моей стране он в настоящее время составляет от 30% до 40%, и разрыв очевиден. Что касается применения, то, хотя технология производства электроэнергии ORC в моей стране была внедрена рано (технология ORC была впервые использована на тибетской низкотермальной электростанции Янпацзин в 1977 году с установленной мощностью 1 МВт), ее развитие было относительно медленным, и существует лишь несколько отечественных производителей, использующих технологию ORC. Турбинная система выработки электроэнергии ORC, запущенная совместно Shanneng Ecoological Group и Yangtze River Power Group, нашла широкое применение в промышленной отработанной тепловой энергии и переработке угольных газов. Это один из немногих случаев в Китае, когда технология ORC турбин была применена на месторождении. Среди них организация по охране окружающей среды Ухань Ханши использует систему производства электроэнергии ORC компании Changdong, которая сыграла основную роль в переработке большого количества медицинских отходов во время эпидемии. Технология производства электроэнергии ORC в основном используется в низкотемпературных и низкотепловых областях. За последние почти два десятилетия экономическое строительство моей страны шло быстрыми темпами. С наступлением энергетического кризиса и увеличением требований к энергии для защиты окружающей среды, производство энергии ORC стало упоминаться все чаще. Технология производства электроэнергии ORC может применяться во многих сценариях, включая промышленные отработанный пар, отходящее тепло, сжигание шахтного газа, геотермальную, фототермическую и другие области. Некоторые эксперты предсказывают, что фототермическое поле станет очень широким сценарием применения для производства электроэнергии ORC в будущем. Однако в «Несколько мнений по содействию здоровому развитию производства электроэнергии из неводных возобновляемых источников энергии», совместно выпущенных тремя министерствами и комиссиями в этом году, предлагается, чтобы новые солнечные тепловые проекты больше не были включены в сферу центральных финансовых субсидий. Будущие перспективы производства солнечной тепловой энергии не ясны, поэтому автор полагает, что промышленное тепло отходов также будет наиболее важной областью применения производства энергии ORC. То, что мы называем промышленным сбросным теплом, имеет очень широкую сферу применения и обычно включает в себя высокотемпературные дымовые газы, выбрасываемые из различного технологического оборудования, охлаждающую воду из высокотемпературного технологического оборудования, а также некоторые высокотемпературные сточные воды, отработанный пар и т. д. В течение долгого времени это тепло часто напрямую выбрасывалось по таким причинам, как высокие затраты на повторное использование и неразвитая технология, что приводило к большим потерям энергии. В дальнейшем на крупных теплоэнергетических энергоблоках высокотемпературные дымовые газы стали рационально использовать посредством промперегрева, вторичного прогрева и других технологий, что можно рассматривать как эффективный способ повторного использования энергии. Однако для некоторых предприятий с высоким энергопотреблением и высоким уровнем загрязнения, таких как химическая промышленность, сталелитейная, цементная и т. д., этот метод очистки все еще отсутствует. Появление технологии ORC дает новую идею использования промышленного отходящего тепла. Благодаря высокой степени сопряженности и высокому коэффициенту использования отходящего тепла для многих предприятий это стало способом экономии энергии и сокращения потребления. Некоторые эксперты подсчитали, что как только рынок генерации электроэнергии ORC будет запущен, это будет рынок уровня триллиона. Однако, учитывая, что в настоящее время отечественных примеров применения технологии ORC мало, это также отпугивает многие компании. В этой статье представлены некоторые идеи для всех посредством анализа современной отечественной технологии производства электроэнергии ORC. Ввиду ограниченного уровня автора и слабых навыков письма, если что-то неясно, мы можем обсудить это вместе. Мы проводим комплексный анализ с точки зрения принципа выработки электроэнергии ORC, выбора детандера, выбора рабочей жидкости и экономики. 1. Принцип выработки электроэнергии ORC. В предыдущей статье этот процесс был кратко описан, а вот некоторые дополнения. Рабочей жидкостью, используемой в паротурбинных генераторах, является вода, и ее принцип можно назвать WRC. Рабочая жидкость, используемая в ORC, представляет собой органическую рабочую жидкость. Обычно выбирают материалы с более низкой температурой кипения, высокой скоростью теплообмена и низкой ценой. Органическая рабочая жидкость поглощает сточные воды, отработанный пар или другое тепло (мы все вместе называем его отходящим теплом) и превращает его в перерабатываемый пар, который заставляет вращающиеся части выполнять работу, тем самым заставляя генератор вырабатывать электричество. Таким образом, необходимое оборудование в основном включает в себя генераторные установки ORC, испарители, конденсаторы, системы охлаждения и некоторое насосное и клапанное оборудование. Поскольку мощность генераторных установок ORC, как правило, невелика, необходимое оборудование, как правило, относительно просто и легко настраивается, а основное оборудование производится внутри страны. Самым важным оборудованием является расширитель, используемый в генераторной установке ORC, а инвестиции во всю генераторную установку ORC составляют более 60% всех инвестиций в систему. Во всей системе есть два основных технических вопроса: один — выбор расширителя, другой — выбор рабочей среды. 2. Выбор детандеров Существует два основных типа детандеров: один - турбинный детандер (который делится на радиальный и осевой поток), а другой - объемный детандер (в основном используется в качестве винтового детандера, других типов нет, ниже в основном говорится о винтовом детандере). Так называемый турбодетандер, называемый еще турбодетандером, имеет в камере вращающуюся лопасть. Расширение газа заставляет лезвие вращаться, тем самым приводя во вращение систему валов. Турбодетандер может в максимальной степени преобразовывать тепло, выделяемое при расширении газа, в кинетическую энергию системы валов в адиабатических условиях, поэтому он имеет более высокий тепловой КПД и эксергетический КПД. В настоящее время основным паротурбинным оборудованием крупных теплоэнергетических энергоблоков является турбинное, поэтому технология является относительно зрелой. В настоящее время винтовые расширители являются важным выбором для отечественных производителей ORC. Поскольку на раннем этапе внедрения технологии ORC в стране были винтовые характеристики, определенные результаты были достигнуты и в более поздних отечественных разработках. Обычно называемый винтовым расширителем относится к двухвинтовому расширителю, и его работа состоит из трех процессов: всасывания, расширения и выпуска. Из-за конструкции этой двухвинтовой модели смазка муфты становится большой проблемой для системы закрытого вала. В настоящее время основными экспандерами ORC в Китае являются в основном турбинные и двухвинтовые машины. Преимущество турбодетандера заключается в том, что его технология отработана и позволяет реализовать многоступенчатую конструкцию, поэтому его можно использовать в агрегатах с одним агрегатом мощностью 200 кВт и более. Кроме того, турбодетандер имеет высокий изоэнтропийный КПД, малые потери, компактную конструкцию и относительно удобные циклы эксплуатации и технического обслуживания. Его недостатком является высокая скорость, поэтому он предъявляет высокие требования к системе управления и не подходит для агрегатов мощностью ниже 200 кВт. Хотя винтовые расширители в настоящее время выпускаются отечественными производителями серийно, опыт их применения оставляет желать лучшего. Основной проблемой являются высокие требования к смазке винтов, о которых говорилось выше. Кроме того, точность его обработки и последующие затраты на обслуживание выше стоимости расширителя. Что еще более важно, поскольку винтовой детандер не имеет многоступенчатой ​​конструкции турбинного детандера, то для увеличения активной мощности необходимо увеличивать объем камеры, поэтому он не подходит для более крупных силовых агрегатов. Винтовые расширители также в определенной степени использовались за рубежом. Причина в том, что технология производства электроэнергии ORC имеет множество сценариев использования за рубежом. Поскольку жители многих зарубежных регионов проживают в разбросанных районах, использование технологии производства электроэнергии ORC может компенсировать определенную потребность жителей в электроэнергии. Хотя винтовые расширители предъявляют высокие требования к материалам оборудования, они предъявляют низкие требования к технологии управления, поэтому они завоевали определенную степень благосклонности. Среды применения внутри страны и за рубежом совершенно разные. Наша технология ORC в основном является дополнением к промышленному производству электроэнергии, а технология управления полностью отработана. Поскольку сценарии спроса требуют высокой мощности, турбодетандеры являются лучшим выбором. 3. Выбор рабочих жидкостей. В электроэнергетике ORC используется множество различных органических рабочих жидкостей, но их всего несколько типов. Наиболее часто используемые — R245fa и R123. Выбор рабочей жидкости в основном учитывает эффективность теплообмена, потери тепла и экономическую эффективность. Стандартная температура кипения рабочей жидкости/℃ Критическая температура/℃ Критическое давление/МПа Скрытая теплота испарения/Дж * г-1 удельная теплоемкость/Дж * g-1 * Относительная молекулярная масса К-1 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 Из приведенного выше рисунка видно, что основные параметры двух рабочих жидкостей мало отличаются, но скрытая теплота испарение и удельная теплоемкость R245fa на единицу массы выше, чем у R123, поэтому выделяемое тепло больше, то, что мы называем эффективностью теплообмена, будет выше. Поэтому с технической точки зрения разумнее выбрать R245fa. Кроме того, R245fa в настоящее время является хладагентом, широко используемым в промышленности, и его запасы более широки. R123 обычно используется только в качестве вспомогательных продуктов. 4. Экономика. С точки зрения первоначальных инвестиций цена турбодетандера будет немного выше, главным образом из-за отсутствия предыдущей рыночной конкурентоспособности. Поскольку все больше и больше производителей начинают работать над турбодетандерами, цены также падают. Кроме того, эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание турбодетандера ниже, поэтому он является важным выбором для будущей технологии ORC. Подводя итог, можно сказать, что турбодетандеры имеют определенные преимущества как на техническом, так и на экономическом уровне. Однако внутренний рынок ORC в настоящее время неразвит, и многие компании при выборе продукции будут ссылаться на зарубежные примеры. Однако ситуация внутри страны и за рубежом все еще немного отличается. Турбодетандеры по-прежнему вполне конкурентоспособны в будущих промышленных применениях отработанного тепла.