陆昆鹏 孙汉文 王珈乐 王行政

(山东科技大学， 山东 青岛 266000)

有机朗肯循环在干熄焦技术中的应用

陆昆鹏 孙汉文 王珈乐 王行政

(山东科技大学， 山东 青岛 266000)

工业生产中的余热源主要来自钢铁工业、炼焦工业、水泥工业等地方。通过合理的方式回收和利用工业余热，对于提高能源的综合利用率具有重要的意义。本文主要介绍利用有机朗肯循环实现对干熄焦工艺中锅炉回水的余热回收与利用，以期为同行业提供借鉴。

有机朗肯循环；余热；干熄焦技术

我国的能源供应量以每年3%-5%的速度增长，为解决能源短缺问题，主要从开源和节流方面入手，增加能源的产量并且充分考虑低品位热能的利用，通过合理的方式回收和利用工业余热，提高能源的综合利用率。合理回收利用余热的基本原则是“温度对口，梯级利用”。本文主要探讨利用有机朗肯循环实现对干熄焦工艺中锅炉回水的余热回收与利用[1，2]。

干熄焦发电项目的主体设备包括汽轮机、发电机和锅炉系统等，将传统炼焦生产工艺中焦炭的显热转化成电能。

如图1所示，具体流程：焦炉推焦车将1000℃左右的红焦装入焦罐，在干熄焦炉内自上而下与炉底部180℃的惰性循环气体(氮气)接触换热，冷却至250℃以下经排焦装置排出。氮气经换热后温度升至800℃左右进入锅炉，与炉水再次进行换热，温度降至180℃以下，由循环风机送回。除盐水进入余热锅炉生成高温蒸汽，推动汽轮机组发电。汽轮机排出的200℃乏汽经过冷凝器冷凝到130℃后，循环使用[3，4]。

朗肯循环通常以水为介质，但是由于低品位热源的温度都相对较低，所以选择R245fa作为其工作介质，组成有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)。该循环主要包括四个热力过程：①等熵压缩。工作介质在工质泵中进行等熵压缩；②等压加热。压缩后的工质进入蒸发器中等压加热得到高温高压气体；③等熵膨胀。高温高压气体进入膨胀机做功，带动发电机发电；④等压冷凝。膨胀后的乏汽进入冷凝器中释放热量变为液态[5，6]。

3.1 联合干熄焦技术的运行参数

干熄焦技术中汽轮机排出的200℃左右的乏汽直接冷凝器冷凝到130℃，造成了巨大的能源浪费；而有机朗肯循环蒸发阶段需要200℃左右的热源供热。所以，冷凝器与蒸发器进行重新设计，使两个系统有机的结合在一起，如图3所示。以年产100万吨的焦化厂为例，其系统运行参数见表1。

图1 干熄焦技术工作原理图

图2 有机朗肯循环工作原理图

表1 干熄焦发电技术运行参数[7]

图3 带有有机朗肯循环的干熄焦技术工作原理

3.2 联合干熄焦技术的经济效益分析

以年产100万吨的焦化厂为例，采用联合干熄焦技术，每年会给企业带来巨大的效益，包括：环保效益、节能效益和经济效益等等。

(1)环保效益

联合干熄焦技术采用氮气在密闭炉内循环以对红焦进行缓慢冷却，避免传统湿法熄焦以及低水分熄焦过程中酚、氰化合物、硫化合物等有害物质的产生，以及减少对周围环境的腐蚀和大气的污染；同时利用ORC工质R245fa对汽轮机的废气进行冷却，减少了冷却水的用量，减少热岛效应。

(2)经济效益

联合干熄焦技术的配套发电机组的总输出功率为19MW。年累计发电8760h，平均负荷15000kW，电价按0.6元/kW·h计算，则其发电效益大约为7500万元[7]。

联合干熄焦技术在给企业带来直接经济效益的同时，也带来了巨大的间接经济效益。干法熄焦过程是在循环气体换热的过程中缓慢而均匀进行的，得到的焦炭机械强度、耐磨性、反应后强度均有明显提高，反应性降低。同时，焦炭得到了整粒作用，提高了焦块的均匀性。

通过对干熄焦技术中余热锅炉的乏汽参数进行分析，将有机朗肯循环合理的应用到干熄焦技术中，这对于干熄焦技术的发展以及工业余热回收的应用具有重要意义。

[1]低品位热能转换过程及利用-有机物工质发电及制冷[M].上海：上海交通大学出版社.2014.

[2]低品位热能利用技术[M].北京：化学工业出版社.2011.

[3]李云峰，董建山.干熄焦余热发电技术分析[J].煤炭与化工，2013,36(2):110- 111.

[4]程竹静，郁鸿凌，李国俊，李幼幼，惠建明，瞿永康.高压自然循环干熄焦余热锅炉热力特性研究[J].工业锅炉，2006,5:8-11.

[5]李恒凡，赵豫晋，韩中合.有机朗肯循环烟气余热工质选择[J].热力发电，2016,45(8):20-25.

[6]翟慧星，安青松，史琳.有机朗肯循环回收水泥工业余热的研究[J].中国科技论文，2016,11(11):1201-1205.

[7]孟玮，高连生，向剑，易正明.干熄焦发电技术在水钢的应用与研究[J].冶金动力，2015,6:67-71.

陆昆鹏(1991- )，男，汉族，山东平度人，山东科技大学机械电子工工程学院2015级硕士研究生。

化工管理2017年10期