針對工業煙氣的餘熱回收進行研究。目前國內對煙氣餘熱回收的方式有熱熱回收和熱電回收。
基本介紹
- 中文名：雙工質發電
- 外文：Duplex generation
概述,工質的選擇,高效蒸發器,冷凝器計算,
概述
由於熱熱回收後的中低溫熱能不易儲存，經常被丟棄，採用餘熱發電技術對工業煙氣進行熱電回收。
有些工業煙氣餘熱溫度較低（小於250℃），難以採用常規的發電技術進行餘熱回收發電。低沸點循環發電技術是解決這一問題的一條途徑。
煙氣餘熱ORC發電系統，其工藝裝配示意圖如圖1所示。
圖1 ORC發電系統工藝裝配示意圖
系統包括煙氣循環、雙工質和冷卻水循環系統，其工藝流程圖如圖2所示（工藝圖上包含了溫度計、壓力計等感測器）：
圖2 煙氣餘熱發電系統工藝流程圖
1）煙氣循環中。煙氣經蒸發器換熱，然後經風機回到煙氣混合器中。
2）低沸點ORC系統。低沸點有機工質通過蒸發器與煙氣進行換熱，吸收熱量後，由液體變成高溫高壓的氣體，經汽輪機絕熱膨脹，對外做功變成低溫低壓的氣體，再經冷凝器放熱變成飽和的液體，然後通過有機工質泵等熵壓縮到高壓並流到蒸發換器中進行換熱。
3）冷卻水循環。冷卻水經冷凝器吸熱後，通過循環水泵加壓，進入冷卻塔，經冷卻塔冷卻後，再回到冷凝器中。
工質的選擇
在餘熱發電過程中，工質對系統的性能起著關鍵作用。在選擇工質時，力求工質在熱源條件下吸熱多，並能把吸收的熱量有效地轉化成功。
理想的雙工質應該具備有如下的特徵：
1)臨界溫度應該略高於循環中的最高溫度，以避免跨臨界循環可能帶來的諸多問題；
2)工質的壓力水平適宜。循環中蒸發溫度所對應的飽和壓力不應過高，冷凝溫度對應飽和壓力不宜過低，最好能保持正壓，以防止外界空氣的滲入而影響循環性能；
3)在T—S圖中飽和蒸氣線上ds/dT應接近零或大於零；
4)比熱容小，粘度低，傳熱係數高，熱穩定性好；
5)毒性小、不易燃、不爆炸且與設備材料和潤滑油具有良好的兼容性；
6)不污染環境，ODP和GWP值較低；
7)價格便宜，且易於獲得。
對於ORC系統常用的工質有R123、R245fa、R245ca、異丁烷等。預選了8種有機工質（R123 R124 R142B R236EA R114 R245fa R123 R141B R600），並對每種工質系統進行設計計算。通過對工質的熱效率，不可逆性損失，單位工質的發電量，壓力水平以及安全性綜合考慮比較，本煙氣餘熱發電系統的工質選用R245ca。
高效蒸發器
因為煙氣灰塵較大，因此，蒸發器採用翅片管式換熱器，工質在管內蒸發，煙氣則通過管外壁換熱，管外的翅片可以大大增加換熱面積，這是當前國內外普遍採用的氣-液換熱器形式，其結構緊湊，耐磨性強，非常適合於煙氣餘熱回收利用。
圖3 翅片管式高效蒸發器整體示意圖
管板起到固定管束的作用。工質通過下集箱進入換熱器，吸收空氣熱量蒸發後從上集箱離開換熱器，空氣則以垂直於管束方向通過換熱器管外。
翅片採用矩形翅片形式，這樣的形式的特點是翅片與管子之間能夠很好的焊接固定，可以有效減少間隙熱阻.
冷凝器計算
冷凝器的效率直接影響ORC系統的熱效率，因此國內外在ORC系統冷凝器的研究也越來越重視，但目前國內外使用的冷凝器基本還是採用管式或翅片管式。眾所周知，管式換熱器換熱效率低，占用體積龐大，這對緊湊型工廠很不適應，因此，本系統採用目前世界上換熱效果好、緊湊度高的一次表面換熱器。全焊式一次表面換熱器是一種當今國際上最先進的高效緊湊的換熱器型式，具有傳熱係數高，緊湊度高，能夠有效地適應溫度梯度造成的熱應力等特點。在本系統設計中，水與工質在冷凝器中以逆流方式換熱，使得傳熱溫差可以達到最大，這樣的流動形式可以顯著減小所需換
其中工質為R245ca，冷凝介質為水。全焊高效板式換熱器是一種當今國際上最先進的高效緊湊的換熱器型式。它採用了不同於傳統回熱器的設計思想，融合了管殼式、板翅式和板式等幾種換熱器的優點，新穎性主要體現在如下幾點：
1） 其所有的回熱面都由直接參與熱量交換的一次表面構成，能夠比板翅式和管殼式結構更有效地利用材料和空間，因此換熱效率高，回熱度在90%以上；
2） 介質流動通道的當量直徑小（也可以根據需要調整當量直徑大小，從而滿足工藝需要），而且冷、熱流體在換熱芯體內處於完全逆流動，因此傳熱係數高、傳熱溫差大；
3） 換熱芯體採用模組設計，由多個換熱單元組成，易於生產、裝配和調節，具有很強的適應性和可靠性；
4） 換熱單元的內部可以不存在焊點和焊縫，板片及換熱單元能夠有效地適應溫度梯度造成的熱應力，大大增強了抵抗熱循環疲勞的能力。當然，為了增加冷熱通道的抗壓強度，板片間凸點可以焊接；
5） 製造費用和周期與板翅式相當。
一次表面換熱器通常採用模組化設計，在需要時可以將幾個模組串聯或並聯連線，這樣的設計可以使製作、運輸和安裝更為方便，並且可以更合理的利用場地空間。
