龚普勤，张文千，张宝珠，夏蓓蕾
（河南心连心化肥有限公司，河南 新乡453731）
［摘 要］ 传统氮肥工业装置中存在大量的低温余热，这些低温余热绝大部分采用空冷或水冷的方式移出而未加以充分利用，不仅浪费大量能源，而且还额外消耗了电能及循环水。河南心连心化肥有限公司合成氨/尿素生产系统存在大量的低品位余热，为有效利用这些低品位余热，选取尿素调温水为热源进行ORC发电的实践。简介有机朗肯循环（ORC）发电的工作原理，详细介绍ORC余热发电在生产系统中的应用情况及存在的问题，并对尿素调温水ORC余热发电项目的经济性进行分析。实践表明，ORC余热发电在氮肥生产系统余热回收利用中有很大的市场，值得在氮肥行业乃至热电、冶金等行业大力推广和应用。
［关键词］ 有机朗肯循环（ORC）发电；低品位余热；回收利用；尿素调温水；问题解决；经济性分析
［中图分类号］ TK115［文献标志码］ B［文章编号］ 1004-9932（2019）02-0030-02
近年来，随着经济的高速发展，我国逐步成为全球能源消耗大国。有关资料表明，由于我国工业领域余热利用技术水平发展相对落后，导致至少有50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃，不仅造成环境污染，而且造成巨大的能源浪费。目前，我国是全球最大的氮肥生产国，而在传统氮肥工业装置中存在大量的低品位余热，由于氮肥生产系统余热资源分布分散和传热温差小，加之受制于余热回收技术，这些低品位余热绝大部分采用空冷或水冷的方式移出，导致氮肥生产系统余热回收率仅41.9%。因此，有效利用氮肥生产系统的低品位余热，在节能减排、保护环境等方面均具有深远的意义。
自上世纪70年代石油危机爆发以来，发达国家对低品位余热回收利用技术的研究就已开始并走在前列，特别是以色列、日本、美国等发达国家，开发出了有机朗肯循环的余热发电机组等先进技术。近年来，国内清华大学、浙江大学、郑州大学等相继开展了低品位余热回收利用技术的研究工作，一些创新型企业如浙江开山等也进行了部分工业试验应用，取得了一些工业应用成果和数据等。以下对河南心连心化肥有限公司与江苏某企业共同开发的有机朗肯余热发电系统的应用情况作一介绍和总结。
1 有机朗肯循环发电原理
有机朗肯循环（简称ORC）是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要包括蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵等设备及部件。低品位工业余热进入工质蒸发器，通过热量交换将其热量转移给低沸点有机工质；低沸点工质经过蒸发器后，产生饱和高压工质蒸气，蒸气进入膨胀机，通过与膨胀机连接的发电机发电并送入电网系统，经膨胀后的蒸气进入冷凝器形成低温液体工质，然后由工质泵加压送回蒸发器，如此循环。
2 ORC发电在氮肥生产系统的应用实践
河南心连心化肥有限公司是一家合成氨、尿素等化肥化工产品生产企业，生产系统中存在大量的如锅炉烟气、低压蒸汽、调温水、高温甲醇蒸气、合成氨水冷等低品位余热。通过系统分析，我们认为尿素调温水工况平稳、回收价值较高，且改造对原生产装置影响较小，故选取尿素调温水为热源进行ORC余热发电的实践。
尿素调温水流量在300 m3/h，其上水温度120 ℃，回水温度145 ℃，压力1.1 MPa，之前尿素调温水热量通过循环水换热移出，将尿素调温水作为热源进行ORC余热发电后，其工艺流程为：尿素调温水引入ORC发电装置蒸发器，有机工质吸收尿素调温水的热量后蒸发变成饱和高压工质蒸气，驱动透平膨胀机组，透平机组通过联轴器带动发电机发电，做完功后的低压有机蒸气进入ORC系统的冷凝器，被循环水换热冷凝成低温工质后进入储液罐，之后通过工质泵循环加压重新送回蒸发器，如此循环。我公司以尿素调温水为热源的ORC发电装置于2017年10月份开车成功，12月份基本运行正常。ORC发电机组的设计值与运行值对比见表1。
更多内容详见《中氮肥》2019年第2期