1、ICS 77-010CCS H 04團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CSTM 008082022鋼鐵行業(yè)低品位余熱有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）透平發(fā)電技術(shù)規(guī)范Technical specification for low-grade waste heat organic Rankine cycle (ORC)turbine power generation in iron and steel industry2022-08-29發(fā)布2022-11-29實(shí)施中關(guān)村材料試驗(yàn)技術(shù)聯(lián)盟發(fā)布T/CSTM 00808-2022前 言本文件參照GB/T 1.12020化工作導(dǎo)則第1部分：化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則的規(guī)則起草。請(qǐng)注意本文件

2、的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。本文件由中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體委員會(huì)鋼鐵材料領(lǐng)域委員會(huì)本文件由中國材料與試驗(yàn)團(tuán)體委員會(huì)鋼鐵材料領(lǐng)域委員會(huì)(FC01)提出。(FC01)歸口。1T/CSTM 008082022鋼鐵行業(yè)低品位余熱有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）透平發(fā)電技術(shù)規(guī)范1范圍本文件規(guī)定了鋼鐵行業(yè)低品位余熱有機(jī)朗肯循環(huán)（ ORC）透平發(fā)電技術(shù)的術(shù)語和定義、原理與流程、總平面布置、系統(tǒng)要求、煙氣余熱回收系統(tǒng)、有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、供水及水處理系統(tǒng)、其他系統(tǒng)、操作與維護(hù)等。本文件適用于鋼鐵企業(yè)低品位余熱利用有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)（ORC）透平發(fā)電技術(shù)應(yīng)用。2規(guī)范性引用文件下

3、列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T 150壓力容器(所有)GB/T 151GB 50016GB 50019熱交換器建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50029壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50049小型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范工業(yè)循環(huán)冷卻水處理設(shè)計(jì)規(guī)范工業(yè)循環(huán)水冷卻設(shè)計(jì)規(guī)范大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范鋼鐵企業(yè)給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程GB/T 50050GB/T 50102GB 50660GB 50721TSG G0001D

4、L 612電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程DL/T 5054DL/T 5339火力發(fā)電廠汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范火力發(fā)電廠水工設(shè)計(jì)規(guī)范3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1低品位余熱 low grade waste heat鋼鐵生產(chǎn)流程高爐、轉(zhuǎn)爐、焦?fàn)t等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高于 150且低于350的煙氣余熱、低于0.3MPa的低壓飽和蒸汽。3.2有機(jī)工質(zhì) organic working medium2T/CSTM 00808-2022由有機(jī)化合物組成的、具有低沸點(diǎn)和環(huán)境友好特性的，可實(shí)現(xiàn)熱能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的工作介質(zhì)。3.3有機(jī)朗肯循環(huán)透平機(jī) organic Rankine cycle turbi

5、ne通過朗肯循環(huán)將有機(jī)工質(zhì)流體中蘊(yùn)有的能量通過轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的葉輪發(fā)動(dòng)機(jī)。也稱ORC透平機(jī)。4原理與流程4.1工作原理鋼鐵生產(chǎn)流程中產(chǎn)生的低品位余熱，經(jīng)余熱回收裝置把低品位余熱轉(zhuǎn)化為熱水（或蒸汽），由管道輸送至蒸發(fā)器加熱有機(jī)工質(zhì)，熱水（或蒸汽）冷卻后的回水（或凝結(jié)水）再由管道輸送至余熱回收裝置吸收低品位余熱，吸熱和放熱連續(xù)循環(huán)。熱水（或蒸汽）在蒸發(fā)器中加熱有機(jī)工質(zhì)，產(chǎn)生的具有一定壓力和溫度的工質(zhì)過熱氣體引入ORC透平機(jī)，經(jīng)過膨脹做功將熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，最終ORC透平機(jī)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)發(fā)電機(jī)上具有磁場的轉(zhuǎn)子，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成了電能。4.2工藝流程低品位余熱有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電流程示意圖如圖1所示

6、。圖1低品位余熱有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電工藝流程示意圖5總平面布置5.1一般要求廠區(qū)總平面布置應(yīng)以工藝流程合理為原則，應(yīng)以主廠房為中心，結(jié)合各生產(chǎn)設(shè)施及工藝系統(tǒng)的功能，分區(qū)明確，緊湊合理，有利擴(kuò)建，因地制宜的進(jìn)行布置，并應(yīng)滿足防火、防爆、環(huán)境保護(hù)、勞動(dòng)安全和職業(yè)衛(wèi)生的要求。對(duì)擴(kuò)（改）建工程宜利用原有廠區(qū)場地及可以利用的相關(guān)設(shè)施。5.2建（構(gòu)）筑物布置要求3T/CSTM 008082022廠區(qū)建（構(gòu)）筑物布置應(yīng)符合GB 50016、GB 50029、GB 50049的有關(guān)規(guī)定，并應(yīng)符合下列要求：a）廠區(qū)豎向布置設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求、工程地質(zhì)、水文氣象、土石方量及地基處理等綜合因素確定，并應(yīng)符合GB 5

7、0049的有關(guān)規(guī)定；b）廠區(qū)管線的布置應(yīng)符合GB 50049的有關(guān)規(guī)定。6系統(tǒng)要求6.1低品位余熱資源品質(zhì)6.1.1煙氣資源應(yīng)符合如下要求：a）鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高于150煙氣；b）煙氣余熱利用不影響鋼鐵企業(yè)的正常生產(chǎn)。6.1.2煙氣量及成分應(yīng)符合下列要求：a）應(yīng)收集近三年的煙氣量，整理出平均、最大、最小煙氣量；b）收集煙氣成分，應(yīng)包含含塵量、飽和水、S等雜質(zhì)；c）煙氣不能滿足排放要求的，應(yīng)考慮煙氣治理措施。6.1.3煙氣壓力及溫度應(yīng)符合下列要求：a）煙氣壓力不能克服余熱鍋爐增加的阻力時(shí)，應(yīng)設(shè)置吸風(fēng)機(jī)，以滿足鋼鐵企業(yè)的正常生產(chǎn)要求；b）應(yīng)收集近三年的煙氣溫度，整理出煙氣平均溫度、最大溫度

8、、最小溫度。6.2低壓飽和蒸汽6.2.1收集近三年的低壓飽和蒸汽流量，整理出平均、最大、最小蒸汽流量。6.2.2收集近三年的低壓飽和蒸汽壓力、溫度，整理出平均、最大、最小蒸汽參數(shù)。6.3裝機(jī)方案6.3.1根據(jù)余熱品質(zhì)和余熱收集能量，通過熱平衡進(jìn)行機(jī)組配置，確定機(jī)組容量。6.3.2發(fā)電機(jī)組可選用1臺(tái)機(jī)組或多臺(tái)機(jī)組，充分考慮收集能量、總圖布局、電力系統(tǒng)接入便利性等因素。6.4工況條件適應(yīng)工況應(yīng)符合如下要求：a）透平閥門全開工況（VWO）：對(duì)應(yīng)余熱收集能量的最大值；b）最大連續(xù)運(yùn)行工況（TMCR）；可按照全開工況的95%考慮；c）額定工況（THA）：應(yīng)根據(jù)余熱收集能量的平均值和最大連續(xù)運(yùn)行工況綜合優(yōu)

9、化確定，額定工況也是機(jī)組的最優(yōu)運(yùn)行工況，此工況為機(jī)組效率最高。7煙氣余熱回收系統(tǒng)7.1煙氣系統(tǒng)7.1.1系統(tǒng)配置要求7.1.1.1煙氣余熱回收系統(tǒng)一般應(yīng)設(shè)有旁路煙道，在煙氣余熱回收檢修或故障停運(yùn)時(shí)，不影響鋼鐵生產(chǎn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。7.1.1.2煙氣旁路煙道應(yīng)設(shè)關(guān)斷閥，關(guān)斷閥應(yīng)有調(diào)節(jié)功能和快速打開功能。.7.1.1.3煙氣余熱回收裝置前和煙囪入口應(yīng)設(shè)關(guān)斷閥。7.1.2吸風(fēng)機(jī)配置4T/CSTM 00808-2022吸風(fēng)機(jī)宜采用高效離心式風(fēng)機(jī)，并采用變頻調(diào)速，每爐配一臺(tái)。風(fēng)機(jī)風(fēng)量參照按最大煙氣量的115%，另加15以上的溫度裕量；風(fēng)機(jī)壓頭應(yīng)煙氣余熱回收系統(tǒng)的阻力，并考慮20%裕量；7.2余熱鍋爐7.2

10、.1余熱配置原則7.2.1.1鍋爐設(shè)備設(shè)計(jì)、制造及安裝應(yīng)符合TSG G0001、DL 612的有關(guān)規(guī)定。7.2.1.2當(dāng)煙氣溫度小于250時(shí)，宜選用熱水型余熱鍋爐；當(dāng)煙氣溫度大于等于 250時(shí)，應(yīng)根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠原則，綜合比較確定余熱鍋爐形式。7.2.2熱水型余熱鍋爐7.2.2.1余熱鍋爐出力應(yīng)按對(duì)應(yīng)余熱收集能量的最大值設(shè)計(jì)，換熱管道宜采用不銹鋼材料。7.2.2.2閉式循環(huán)水系統(tǒng)配置閉式循環(huán)熱水泵，熱水泵宜采用兩臺(tái)，變頻調(diào)節(jié)，一用一備。7.2.2.3閉式循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)水系統(tǒng)，補(bǔ)水定壓熱水泵入口壓力，保障熱水泵不汽蝕，并應(yīng)有30kPa50kPa的裕量。7.2.2.4閉式循環(huán)水系統(tǒng)應(yīng)

11、設(shè)置自動(dòng)泄水系統(tǒng)。8有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)系統(tǒng)8.1一般要求8.1.1系統(tǒng)設(shè)置8.1.1.1系統(tǒng)宜采用單元制系統(tǒng)。工質(zhì)泵進(jìn)口宜設(shè)置過濾器，工質(zhì)泵出口應(yīng)設(shè)置再循環(huán)管。8.1.1.2冷凝器熱井最低液位面到至工質(zhì)泵進(jìn)口中心線的液柱所產(chǎn)生的壓力，不應(yīng)小于下列各項(xiàng)之和：a）工質(zhì)泵進(jìn)口處的氣化壓力和冷凝器的工作壓力之差；b）工質(zhì)泵的汽蝕余量；c）工質(zhì)泵進(jìn)口的流動(dòng)阻力；d）工質(zhì)泵運(yùn)行安全的富裕量3kPa5kPa。8.1.2 ORC旁路系統(tǒng)設(shè)置及功能要求蒸發(fā)器出口應(yīng)設(shè)置ORC旁路至凝汽器的系統(tǒng)。旁路容量應(yīng)根據(jù)蒸發(fā)器換熱熱量調(diào)節(jié)、透平?jīng)_轉(zhuǎn)工質(zhì)參數(shù)要求、透平甩負(fù)荷等因素確定，并不宜小于50%。8.1.3有機(jī)工質(zhì)充放系統(tǒng)

12、應(yīng)設(shè)置有機(jī)工質(zhì)充放系統(tǒng)，充放系統(tǒng)出力根據(jù)機(jī)組容量、系統(tǒng)工質(zhì)總量、充放時(shí)間等綜合優(yōu)化確定。8.1.4 ORC抽真空系統(tǒng)應(yīng)在ORC的有機(jī)工質(zhì)系統(tǒng)設(shè)置抽真空接口和抽真空裝置。8.2透平發(fā)電機(jī)組8.2.1透平的容量應(yīng)根據(jù)余熱的大小和性質(zhì)合理確定，條件許可時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇較大容量。8.2.2透平應(yīng)與工質(zhì)接觸部分應(yīng)采用不銹鋼材。8.2.3透平應(yīng)設(shè)置可靠的密封裝置。8.3設(shè)備選型8.3.1蒸發(fā)器8.3.1.1蒸發(fā)器應(yīng)滿足下列要求：5T/CSTM 008082022a）蒸發(fā)器應(yīng)采用表面式傳熱方式。結(jié)構(gòu)形式可采用管殼式、板殼式等，應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)、安全可靠原則，綜合比較確定；b）蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、材料、試驗(yàn)等應(yīng)

13、符合GB/T 150、GB/T 151的規(guī)定，并且與有機(jī)工質(zhì)接觸面的材料應(yīng)采用不銹鋼材料；c)蒸汽加熱時(shí)，蒸發(fā)器內(nèi)部應(yīng)設(shè)有防蒸汽沖刷的不銹鋼防沖擊板。8.3.1.2蒸發(fā)器設(shè)計(jì)參數(shù)符合下列規(guī)定：a）有機(jī)工質(zhì)側(cè)設(shè)計(jì)壓力應(yīng)與對(duì)應(yīng)有機(jī)工質(zhì)管道設(shè)計(jì)壓力相同，并不小于1.6MPa；b）熱水（或蒸汽）側(cè)設(shè)計(jì)壓力應(yīng)與對(duì)應(yīng)熱水（或蒸汽）管道設(shè)計(jì)壓力相同，并不小于0.2MPa；c）蒸發(fā)器有機(jī)工質(zhì)側(cè)設(shè)計(jì)溫度應(yīng)按照蒸發(fā)器出口有機(jī)工質(zhì)最高溫度加上溫度偏差，溫度偏差可取用5；d)蒸發(fā)器熱水（或蒸汽）側(cè)設(shè)計(jì)溫度應(yīng)與對(duì)應(yīng)熱水（或蒸汽）管道設(shè)計(jì)溫度相同，并不小于150；e)如果蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)采用加熱段與蒸發(fā)段分體設(shè)計(jì)，并且蒸汽加

14、熱時(shí)，加熱段設(shè)計(jì)溫度取蒸汽壓力的飽和溫度加20。8.3.1.3蒸發(fā)器液位、壓力、溫度測點(diǎn)的設(shè)置符合下列規(guī)定：a）蒸發(fā)器應(yīng)設(shè)置有機(jī)工質(zhì)液位遠(yuǎn)傳接口，接口不少于兩對(duì)；b）蒸發(fā)器的有機(jī)工質(zhì)側(cè)和熱水（或蒸汽）側(cè)，應(yīng)設(shè)置就地壓力和溫度測點(diǎn)；c）在蒸發(fā)器本體上的有機(jī)工質(zhì)側(cè)和熱水（或蒸汽）側(cè)均應(yīng)設(shè)置遠(yuǎn)傳壓力和溫度測點(diǎn)。當(dāng)蒸發(fā)器有機(jī)工質(zhì)側(cè)和熱水（或蒸汽）側(cè)的進(jìn)出口關(guān)段閥門前的管道上設(shè)置了遠(yuǎn)傳壓力和溫度測點(diǎn)時(shí)，可不設(shè)置。8.3.1.4蒸發(fā)器安全防護(hù)蒸發(fā)器的有機(jī)工質(zhì)側(cè)和熱水（或蒸汽）側(cè)均應(yīng)設(shè)置安全泄壓閥。當(dāng)蒸發(fā)器有機(jī)工質(zhì)側(cè)和熱水（或蒸汽）側(cè)的進(jìn)出口關(guān)段閥門前的管道上設(shè)置了同泄壓目的安全泄壓閥時(shí)，可不設(shè)置。8.3.

15、2工質(zhì)泵8.3.2.1機(jī)組容量小于10MW時(shí)，工質(zhì)泵可設(shè)置一臺(tái)，應(yīng)采用變頻調(diào)速。8.3.2.2機(jī)組容量大于等于10MW時(shí)，工質(zhì)泵宜設(shè)置2臺(tái)，一運(yùn)一備，并采用變頻調(diào)速。8.3.2.4每臺(tái)工質(zhì)泵容量按透平閥門全開工況時(shí)，工質(zhì)流量的110%選取。8.3.2.5工質(zhì)泵揚(yáng)程按系統(tǒng)總阻力、總靜壓差之和的110%選取。8.3.2.6工質(zhì)泵應(yīng)與工質(zhì)接觸部分應(yīng)采用不銹鋼材料。8.3.2.7工質(zhì)泵應(yīng)設(shè)置可靠的密封裝置。8.3.3冷凝器8.3.3.1冷凝器應(yīng)符合下列要求：a）冷凝器應(yīng)采用表面式傳熱方式。結(jié)構(gòu)形式可采用管殼式、板殼式等，應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)、安全可靠原則，綜合比較確定；b）冷凝管及管板材料應(yīng)根據(jù)冷卻水水質(zhì)條

16、件選擇，并且與有機(jī)工質(zhì)接觸面的材料應(yīng)采用不銹鋼材料；c）冷凝管的清潔系數(shù)宜取 0.850.9。8.3.3.2蒸發(fā)器設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)符合下列規(guī)定：a）有機(jī)工質(zhì)側(cè)設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于1.0MPa；b）管側(cè)設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于0.6MPa；c）凝汽器殼體設(shè)計(jì)溫度應(yīng)取透平出口最高有機(jī)工質(zhì)氣溫度加15；d）管側(cè)設(shè)計(jì)溫度應(yīng)不小于50。8.3.3.3冷凝器液位、壓力、溫度測點(diǎn)的設(shè)置符合下列規(guī)定：6T/CSTM 00808-2022a）冷凝器熱井應(yīng)設(shè)置有機(jī)工質(zhì)液位就地和遠(yuǎn)傳接口；b）冷凝器的殼側(cè)應(yīng)設(shè)置就地壓力和溫度測點(diǎn)；c）在冷凝器本體上的有機(jī)工質(zhì)側(cè)應(yīng)設(shè)置遠(yuǎn)傳壓力和溫度測點(diǎn)。當(dāng)有機(jī)工質(zhì)側(cè)的進(jìn)出口關(guān)段閥門前的管道上設(shè)置了遠(yuǎn)傳

17、壓力和溫度測點(diǎn)時(shí)，可不設(shè)置。8.3.3.4冷凝器安全防護(hù)冷凝器的有機(jī)工質(zhì)側(cè)均應(yīng)設(shè)置安全泄壓閥。當(dāng)冷凝器有機(jī)工質(zhì)側(cè)的進(jìn)出口關(guān)段閥門前的管道上設(shè)置了同泄壓目的安全泄壓閥時(shí)，可不設(shè)置。8.3.4有機(jī)工質(zhì)儲(chǔ)罐8.3.4.1儲(chǔ)罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、材料、試驗(yàn)等應(yīng)符合GB/T 150的規(guī)定；材料應(yīng)采用不銹鋼材料。8.3.4.2有機(jī)工質(zhì)儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于1.0MPa。8.3.4.3有機(jī)工質(zhì)儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置安全泄壓閥。8.3.4.4有機(jī)工質(zhì)儲(chǔ)罐應(yīng)設(shè)置就地壓力和溫度測點(diǎn)。9汽水系統(tǒng)9.19.2低壓飽和蒸汽系統(tǒng)低壓飽和蒸汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB 50049、DL/T 5054的有關(guān)規(guī)定。除氧器及給水箱除氧器及給水箱設(shè)計(jì)應(yīng)符合

18、GB 50049的有關(guān)規(guī)定。9.3給水系統(tǒng)及給水泵給水系統(tǒng)及給水泵設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB 50049的有關(guān)規(guī)定。9.4凝結(jié)水系統(tǒng)凝結(jié)水系統(tǒng)及凝結(jié)水泵設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB 50049的有關(guān)規(guī)定。9.5補(bǔ)水系統(tǒng)補(bǔ)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB 50049、DL/ T 5054的有關(guān)規(guī)定。9.6排污和排汽系統(tǒng)排污和排汽系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB 50049、DL/ T 5054的有關(guān)規(guī)定。9.7工業(yè)水系統(tǒng)工業(yè)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合GB 50049的有關(guān)規(guī)定。10供水及水處理系統(tǒng)10.1給排水系統(tǒng)應(yīng)符合GB 50721、DL/T 5339的相關(guān)規(guī)定。10.2循環(huán)冷卻水系統(tǒng)應(yīng)符合 GB/T 50050、GB/T 50102的相關(guān)規(guī)定。10.

19、3工業(yè)水宜接自鋼鐵企業(yè)工業(yè)水管網(wǎng)，水質(zhì)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝和設(shè)備的要求確定，宜符合下列要求：a）冷卻塔循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水中懸浮物含量超過 50 mg/L時(shí)宜做預(yù)處理，經(jīng)處理后的懸浮物含量不宜超過 20 mg/L，pH值不應(yīng)小于 6.5且不宜大于 9.5；b）工業(yè)用水轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械軸承冷卻水的碳酸鹽硬度宜小于 250 mg/L（以 CaCO3計(jì)），pH值不應(yīng)小于6.5，且不宜大于 9.5。10.4每套機(jī)組循環(huán)水泵不宜少于 2臺(tái)，水泵的總出力應(yīng)滿足冷卻水的最大計(jì)算用水量，并應(yīng)設(shè)置備用水泵。7T/CSTM 00808202210.5冷卻塔的塔型選擇應(yīng)根據(jù)循環(huán)水的水量、水溫、水質(zhì)和循環(huán)水系統(tǒng)的運(yùn)行方式等使用要求確定。11其他系統(tǒng)11.1其他系統(tǒng)包含電氣設(shè)備及系統(tǒng)、熱工自動(dòng)化、采暖通風(fēng)及空