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
ｓ ｔｍ ｙｓ ｅ
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。
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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：
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