项目名称：低温余热有机朗肯循环(ORC)发电装置
- 中国船舶集团有限公司第七一一研究所
- 上海市闵行区华宁路3111号
- 201108
- 杜振兴
- 17717496788
| 姓名 |
黄 浩 |
电话 |
51151370 |
电子邮件 |
haohuang2011@hotmail.com |
| 区号 |
021 |
邮编 |
201108 |
通信地址 |
上海市闵行区华宁路3111号 |
杜振兴 姚 海 孙天宇 李昭新 张 杰 张锦春 朱路飞 王小柳
| 专利类型 |
|
专利状态 |
|
| 申请号 |
授权日期 |
授权专利号 |
| CN201310368985.9 |
2015-09-16 |
ZL201310368985.9 |
| CN201822119464.0 |
2019-08-23 |
ZL201822119464.0 |
| CN201922378019.0 |
2020-10-27 |
ZL201922378019.0 |
| CN201821803665.6 |
2019-07-16 |
ZL201821803665.6 |
| CN201621206283.6 |
2017-06-30 |
ZL201621206283.6 |
| CN201922234001.3 |
2020-11-27 |
ZL201922234001.3 |
本项目属于资源与环境技术领域，解决了石化、煤化工、钢铁、水泥、玻璃等工业领域80~250℃之间低温余热利用问题。工业低温余热由于缺乏有效的利用手段，大部分被白白排放到大气中，即浪费能源，又造成环境的热污染。采用有机朗肯循环（ORC，Organic Rankine Cycle）发电技术升级利用是一种较好的回收方式。
七一一所开发的低温余热有机朗肯循环(ORC)发电装置基于有机朗肯循环发电技术，采用低沸点的有机工质作为循环介质，利用低品位热能加热液态有机工质形成有机工质蒸汽，通过透平膨胀机发电机组将机械能转换成电能，进而实现了低品位热能向电能的转换。该技术可将低品位热能（80~250℃之间需要冷却的热水、蒸汽、工艺物流、烟气等），在不增加燃料消耗的前提下最大程度地转化成电能，具有回收效率高、发电效率高、撬块化、已维护等特点。
七一一所2014年申请并承接上海市科委“节能减排与城市建设管理领域计划”课题，开展“工业级低温余热有机朗肯循环发电装置研制和工业示范”研究。开展了低温余热有机朗肯循环发电工艺优化、关键设备、密封、系统集成等关键技术研究，研制了工业级低温余热有机朗肯循环发电装置并实现工程示范，解决了既定热源的工质筛选和工艺参数确定问题，解决了相关核心、关键设备自主研制问题，解决了大功率有机朗肯循环发电装置系统集成问题，填补了该领域国内空白，总体技术达到国际先进水平。
本项目的成功实施改善了大量低温余热缺乏有效利用技术的局面，不仅提高了企业的能源利用率，降低对环境的影响，促进节能减排，还能获得较好的经济效益，有助于碳达峰碳中和的实现。此外，该技术还可应用到地热发电、生物质能发电、LNG冷能发电等领域，潜在应用市场巨大，同时具有良好的社会经济效益。
国内石化、煤化工、钢铁、水泥、玻璃等工业领域存在大量80~250℃之间低温余热无法利用的问题，大部分被白白排放到大气中，即浪费能源又造成环境的热污染。
本项目发明了完全封闭的低温余热发电有机朗肯循环发电技术。开展了低温余热有机朗肯循环发电工艺优化、关键设备、密封、系统集成等关键技术研究，研制了工业级低温余热有机朗肯循环发电装置并实现工程示范，解决了既定热源的工质筛选和工艺参数确定问题，解决了相关核心、关键设备自主研制问题，解决了中大功率有机朗肯循环发电装置系统集成问题，填补了该领域国内空白，主要发明创新点如下：
1、（授权专利号：ZL201310368985.9）依据该发明建成了国内首个面向工程化的完全封闭的低温余热发电有机朗肯循环发电中试装置，通过开展低温余热发电工艺系统、有机工质透平膨胀机、膨胀机密封等关键技术研究和工程项目建设，形成了具有自主知识产权的针对低品位热能的完全封闭的有机朗肯循环发电装置系统，掌握了其集成技术和设计流程、设计准则。（授权专利号：ZL201822119464.0；ZL201922378019.0；ZL201821803665.6；ZL201621206283.6）依据该发明可以实现不同种类余热资源，不同温位余热的同时回收利用。
2、（授权专利号：ZL201310368985.9）该发明选择绿色、高效的循环工质，减少对臭氧层的破坏并降低对全球变暖现状的威胁。
3、（授权专利号：ZL201310368985.9）针对异丁烷工质特性，开发了具有三元流对称结构有机工质透平膨胀机和组合式液膜密封系统，有效地减小了叶轮尺寸，降低了叶轮轴向力，实现了发电机组的高效可靠运行。
4、（授权专利号：ZL201310368985.9；CN201922234001.3）开发了面向低温余热发电应用的高效紧凑型换热设备，可提高余热能回收效率和发电效率、降低机组占地、减少工质填充量和泄露，延长装置使用寿命。
5、（授权专利号：ZL201310368985.9）研制适用于烷烃类有机工质的回注系统和自动加注系统，提高了工质加注过程的安全性。
该项目研制难度大、技术复杂，研究成果技术成熟、可靠，具有完全自主知识产权。该项目核心关键技术、关键核心部件完全自主研发、设计、制造、集成，自主可控。
本项目的成功实施标志着我国具备了大功率有机朗肯循环发电装置研制能力，改善了目前大量低温余热缺乏有效利用技术的局面，有助于加速推动低温余热回收利用，提高能源利用率，促进节能减排。
七一一研究所根据该发明创新技术已经开发出了500/1000/2000/3000/5000/7000/10000千瓦等功率等级的系列化有机朗肯循环（ORC）发电机组，装机功率范围覆盖~20000kW，可以满足工业领域各种余热资源的回收利用，包括热水、黑水、蒸汽、汽油、柴油、塔顶气、烟气等80~250℃的流体。
目前该产品已在中石化、中石油、华润集团、上海华谊等企业炼油、煤化工企业获得推广应用，已经实施的部分业绩如下。
1、中石化九江石化热水余热ORC发电机组，装机功率1500kW,回收95℃热水余热进行发电；
2、中石化长岭炼化汽油和热水余热ORC发电机组，装机功率710kW和1400kW,回收135℃汽油和102℃热水余热进行发电；
3、中石化扬子石化热水和凝结水余热ORC发电机组，装机1250kW和1400Kw,回收100℃的热水和135℃的凝结水余热进行发电；
4、安徽华谊气化炉低压气化闪蒸汽ORC余热发电机组，装机800kW,回收130℃的蒸汽余热进行发电。
5、中石油辽阳石化热水余热ORC发电机组，装机功率3000kW,回收100℃热水余热进行发电；
6、内蒙古汇能化工有限公司变换气/未变换气ORC发电机组，装机功率6800kW,回收140℃的变换气和150℃的未变换气余热进行发电；
7、安阳盈德气体热水余热ORC发电机组，装机功率5000kW,回收130℃热水余热进行发电。
截止目前，七一一研究所已累计承接32套有机朗肯循环（ORC）发电机组，总功率超50000kW，创收超过三亿元，预计年节电38767万度，折合标煤13.5万吨，实现二氧化碳减排38万吨，展示出良好的社会经济效益。
工业余热领域的有机朗肯循环发电装置市场规模在数千亿。此外，该项目还可作为地热发电、生物质能发电、光热发电、LNG冷能发电等温差发电的技术基础，潜在应用市场巨大。
