钢铁行业低温余热有机朗肯循环发电的基础问题研究

钢铁行业中300℃以下的低温余热回收利用率不及百分之一，大量低温余热直接排入环境，造成能源浪费和环境热污染。低温热源条件下，常规水蒸气朗肯循环效率低下、运行不稳定，不适合应用于低温工业余热的回收发电技术中。有机工质具有低沸点、高压力的热力特性，在低温热源条件下具有优良的循环效率和稳定性，可有效将低品位热能转化为电能。本项目拟结合钢铁行业的余热特点，建立一套功能完善的低温有机朗肯循环(ORC)发电系统实验平台，建立完整准确的系统数学模型，采用实验和理论分析相结合的方法，对如下关键问题进行研究：不同有机工质的性能分析和优化选择；钢铁余热ORC循环的热力性能分析；回热、再热、过热度等循环配置对热力性能的影响；不同种类余热条件下ORC循环性能优化的差异；钢铁余热ORC发电的热经济性等问题。本项目可为钢铁行业低温ORC发电的性能分析和优化设计提供指导，对于其它低品位热能的发电利用也有很好的参考价值。

本项目对钢铁行业低温余热有机朗肯循环发电中涉及的应用基础问题进行了研究。.按照研究计划，自主设计研制成功了3.5KW动力涡轮，测试内效率可达到0.68；确定了R123作为工质；在系统设计和优化基础上搭建了可模拟钢铁行业低温余热的ORC实验平台；测试了系统动态运行情况和不同余热温度下的系统性能，在70℃-100℃的低温余热热源条件下，系统效率良好、运行稳定，测试输出功随热源温度升高而增加，100℃时热效率可达到8.2%。.建立了涡轮、蒸发器、冷凝器等关键部件的流动传热数学模型和系统整体数学模型，结合实验对关键部件的可用能损失、涡轮表面热损失、热电联供、关键参数对系统热效率及可用能效率的影响等系统关键问题进行了分析。.项目研究成果可为钢铁行业低温ORC发电的性能分析和优化设计提供指导，对其它低品位热能的发电利用也有很好的参考价值。