Система утилизации отработанного тепла ORC для завода по производству удобрений


Дата выпуска:

2026-04-24

Промышленное производство выделяет значительные объёмы отходящего тепла средней и низкой температуры. Традиционная утилизация обычно предусматривает прямое охлаждение и сброс, что не только ведёт к потере энергии и росту эксплуатационных расходов систем оборотного водоснабжения, но и противоречит современным тенденциям в области энергосбережения, снижения углеродных выбросов и экологически чистого производства. Система построения электроэнергии на основе утилизации отходящего тепла с использованием ORC‑технологии компании Terui обеспечивает эффективное использование ресурсов отходящего тепла и локальное производство электроэнергии.

I. Обзор проекта и ключевые проблемы
 
Производство удобрений — крайне энергоёмкая отрасль, в ходе которой в процессе производства выделяется значительное количество среднетемпературного и низкотемпературного высокотемпературного отработанного тепла. Традиционные методы его утилизации обычно предусматривают прямое охлаждение и сброс, что не только приводит к существенным потерям энергии и повышению эксплуатационных расходов систем оборотного водоснабжения, но и не соответствует современным тенденциям в области промышленной энергосбережения, снижения углеродных выбросов и экологически чистого производства. Для повышения коэффициента использования этого высокотемпературного отработанного тепла на одном из предприятий по производству удобрений в городе Синьсяне провинции Хэнань была внедрена система генерации электроэнергии на основе органического Ренкина (ORC), позволяющая эффективно использовать ресурсы отработанного тепла и обеспечивать выработку электроэнергии непосредственно на месте.
 Система утилизации отработанного тепла ORC
 
II. Основные параметры проекта и конфигурация системы
 
(1) Условия источника тепла
 
  • Среда источника тепла: высокотемпературная горячая вода, образующаяся в ходе производственного процесса.
  • Расход горячей воды: 300 т/ч
  • Температура воды на входе и выходе: 143°C / 120°C
  • Мощность генерации: 2 × 900 кВт (двухблоковая конфигурация, суммарная установленная мощность — 1 800 кВт)
 
(II) Рабочее тело и ключевые параметры оборудования
 
  • Рабочее вещество: R245fa (пентафторпропан). Этот хладагент обладает высокой термической стабильностью, не горюч и имеет нулевой потенциал разрушения озонового слоя (ODP), что обеспечивает соответствие экологическим нормам. Он хорошо подходит для применения в системах генерации электроэнергии на основе отходящего тепла при средних и низких температурах и способен надёжно работать при температуре источника тепла 120–150 °C.
  • Расход рабочего тела: 130 т/ч
  • Температуры входа и выхода рабочего тела: на входе — 38,4 °C (жидкость), на выходе — 126,5 °C (газ).
  • Расчётное рабочее давление системы: 25 бар
  • Конфигурация теплообменника:
    • Предподогреватель: используется для предварительного нагрева рабочего тела, что повышает эффективность использования энергии.
    • Испаритель: выполненный по модульному принципу, с общей площадью теплообмена 191 м² + 286 м², он специально разработан для обеспечения высоких требований к эффективности теплообмена между источником тепла и рабочим веществом.
 Предподогреватель утилизации отходящего тепла ORC
(3) Описание системного процесса
 

Эта система утилизации отработанного тепла ORC использует двухступенчатую схему теплообмена, включающую подогреватель и испаритель: горячая вода высокой температуры сначала проходит через подогреватель, обеспечивая предварительный нагрев рабочего тела низкой температуры, после чего поступает в испаритель для его испарения. Образующийся пар затем расширяется в турбине, выполняя работу и приводя в действие генератор для выработки электроэнергии. Отработанный пар, отдавший свою энергию, конденсируется в конденсаторе до жидкого состояния и затем насосом рабочего тела возвращается в подогреватель, образуя замкнутый цикл, который обеспечивает непрерывное преобразование и использование отработанного тепла.

 
 
III. Ценность и преимущества реализации проекта
 
(1) Экономические выгоды
 
После ввода проекта в эксплуатацию два энергогенерирующих агрегата, работающие на полной нагрузке, обеспечат стабильную выработку электроэнергии. Вырабатываемая электроэнергия будет подаваться непосредственно во внутреннюю электросеть предприятия, заменив закупаемую внешнюю энергию и существенно снизив затраты предприятия на электроэнергию. При работе в режиме полной нагрузки годовая выработка оценивается примерно в 15,12 млн кВт·ч. При промышленном тарифе 0,6 юаня за кВт·ч это соответствует ежегодной экономии на электроэнергии свыше 9 млн юаней, при коротком сроке окупаемости инвестиций и значительных экономических преимуществах.
 
(II) Энергосберегающие и углеродосокращающие преимущества
 
Система преобразует среднетемпературное и низкотемпературное отработанное тепло в ценный ресурс, эффективно превращая высокотемпературную горячую воду, которая в противном случае была бы сброшена напрямую, в чистую электроэнергию, тем самым снижая энергетические потери. Более того, на каждые сэкономленные киловатт‑часы электроэнергии косвенно удаётся избежать выбросов примерно 0,785 кг углекислого газа. Ежегодное сокращение выбросов CO₂ в рамках проекта превышает 11 000 тонн, что помогает предприятию достигать поставленных целей по снижению углеродного следа и соблюдать экологические нормативы.
 
(3) Технологические и эксплуатационные преимущества
 
  1. Высокая совместимость с рабочим веществом: использование R245fa в качестве рабочего вещества, обладающего умеренной температурой кипения и отличной термической стабильностью, обеспечивает эффективный фазовый переход при источнике тепла температурой 143 °C. Система работает при стабильных давлениях, без риска коррозии и отложений, что снижает эксплуатационные расходы.
  2. Высокая надёжность системы: замкнутая схема исключает риск утечки рабочего тела и устраняет необходимость в сложных системах деаэрации и обессоливания. По сравнению с традиционными паровыми циклами Ранкина она отличается более простой конструкцией, а также более лёгкой эксплуатацией и обслуживанием, что делает её хорошо приспособленной к условиям непрерывного производства на предприятиях по производству удобрений.
  3. Модульная конструкция для повышения гибкости: двойная конфигурация агрегатов в сочетании с модульным испарителем обеспечивает гибкую настройку рабочей нагрузки в ответ на колебания теплового источника, позволяя удовлетворять изменяющиеся производственные требования на заводах по производству удобрений и гарантируя долгосрочную стабильность системы.
 
IV. Демонстративное значение для отрасли
 
Проект по утилизации отходящего тепла с использованием ORC‑технологии на данном заводе по производству удобрений представляет собой зрелую и практичную модель использования низкопотенциального отходящего тепла в химической промышленности, демонстрируя применимость ORC‑технологий в энергоёмких отраслях, таких как производство удобрений и химических продуктов. Эффективно улавливая и преобразуя высокотемпературное отходящее тепло горячей воды в электрическую энергию, предприятие не только обеспечило каскадное использование энергии и снизило общее энергопотребление, но и продвинуло процесс перехода к экологически чистому производству. Данная инициатива предлагает тиражируемый и масштабируемый технологический путь для энергосберегающей модернизации аналогичных отраслей, тем самым способствуя достижению промышленным сектором целей «двойной углеродной нейтральности».