鋼鐵行業(yè)低品位余熱有機朗肯循環(huán)（ORC）透平發(fā)電技術規(guī)范-標準征求意見稿

ICS77.010

H04

團體標準

T/CSTMXXXXX-202X

鋼鐵行業(yè)低品位余熱有機朗肯（ORC）透平發(fā)電技術規(guī)范

Lowgradewasteheatutilizationtechnologyinironandsteelindustry

basedonOrccogeneration

（草案）

202X-XX-XX發(fā)布202X-XX-XX實施

中關村材料試驗技術聯(lián)盟發(fā)布

T/CSTMXXXXX-2020

鋼鐵行業(yè)低品位余熱有機朗肯（ORC）透平發(fā)電技術規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了有機工質朗肯循環(huán)（ORC）熱-電聯(lián)產的鋼鐵行業(yè)低品位余熱利用的術語和定義、原

理與工藝流程、系統(tǒng)技術要求、煙氣余熱回收系統(tǒng)、有機工質朗肯循環(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。

本文件適用于有機工質的鋼鐵企業(yè)低品余熱利用技術應用。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應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/T150壓力容器(所有)

GB/T151熱交換器

GB50016建筑設計防火規(guī)范

GB50049小型火力發(fā)電廠設計規(guī)范

GB50660大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范

GB50187工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范

TSGG0001鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程

DL612-電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程

DL/T5054火力發(fā)電廠汽水管道設計技術規(guī)定

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

低品位余熱lowgradewasteheat

鋼鐵生產流程高爐、轉爐、焦爐等生產過程中產生的煙氣余熱、低壓飽和蒸汽。

3.2

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煙氣余熱fluegaswasteheat

鋼鐵生產流程高爐、轉爐、焦爐等生產過程中產生的煙氣，且煙氣溫度高于150℃。

3.3

有機工質organicworkingmedium

由有機化合物組成的、具有低沸點、環(huán)境友好特性，可實現(xiàn)熱能和機械能相互轉化的媒介物質。

3.4

余熱回收裝置wasteheatrecoverydevice

回收煙氣余熱的余熱鍋爐、回收飽和蒸汽的收集裝置。

3.5

有機工質朗肯循環(huán)透平機organicrefrigerantRankinecycleturbine

將有機工質流體中蘊有的能量通過轉動的葉輪轉換為機械能的葉輪發(fā)動機。也稱ORC透平機。

4原理與流程

4.1工作原理

鋼鐵生產流程中產生的低品位余熱，經余熱回收裝置把低品位余熱轉化為熱水（或蒸汽），由管道

輸送至蒸發(fā)器加熱有機工質，熱水（或蒸汽）冷卻后的回水（或凝結水）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)器中加熱有機工質，產生的具有一定壓力和溫度的工質過熱氣體引入ORC透

平機，經過膨脹做功將熱能轉換成機械能，最終ORC透平機通過聯(lián)軸器帶動發(fā)電機上具有磁場的轉子，

將機械能轉換成了電能。

4.2工藝流程

低品位余熱有機朗肯循環(huán)發(fā)電工藝流程如圖1所示。

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圖1低品位余熱有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術示意圖

5系統(tǒng)技術要求

5.1低品位余熱資源品質

5.1.1煙氣資源應符合如下要求：

a）鋼鐵企業(yè)生產過程中產生的高于150℃煙氣;

b）煙氣余熱利用不影響鋼鐵企業(yè)的正常生產。

5.1.2煙氣量及成分應符合下列要求：

a）應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，應包含含塵量、飽和水、S等雜質;

c）煙氣不能滿足排放要求的，應考慮煙氣治理措施。

5.1.3煙氣壓力及溫度應符合下列要求：

a）煙氣壓力不能克服余熱鍋爐增加的阻力時，應設置吸風機，以滿足鋼鐵企業(yè)的正常生產要求;

b）應收集近三年的煙氣溫度，整理出煙氣平均溫度、最大溫度、最小溫度。

5.2低壓飽和蒸汽

5.2.1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。

5.2.2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)。

5.3裝機方案

5.3.1根據(jù)余熱品質和余熱收集能量，通過熱平衡進行機組配置，確定機組容量。

5.3.2以經濟運行為目的，發(fā)電機組可選用1臺機組或多臺機組，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。

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5.4工況條件

適應工況應符合如下要求：

a）透平閥門全開工況（VWO）：對應余熱收集能量的最大值；

b）最大連續(xù)運行工況（TMCR）；可按照全開工況的95%考慮；

c）額定工況（THA），應根據(jù)余熱收集能量的平均值和最大連續(xù)運行工況綜合優(yōu)化確定，額定

工況也是機組的最優(yōu)運行工況，此工況為機組效率最高.

5.5總平面布置

5.5.1一般要求

廠區(qū)總平面布置應以工藝流程合理為原則，應以主廠房為中心，結合各生產設施及工藝系統(tǒng)的功能，

分區(qū)明確，緊湊合理，有利擴建，因地制宜的進行布置，并應滿足防火、防爆、環(huán)境保護、勞動安全和

職業(yè)衛(wèi)生的要求。對擴（改）建工程宜利用原有廠區(qū)場地及可以利用的相關設施。

5.5.2建（構）筑物布置要求

廠區(qū)建（構）筑物布置應符合GB50016、GB50029、GB50049的有關規(guī)定，并應符合下列要求：

a）廠區(qū)豎向布置設計應根據(jù)生產工藝要求、工程地質、水文氣象、土石方量及地基處理等綜合因

素確定，并應符合GB50049的有關規(guī)定；

b）廠區(qū)管線的布置應符合GB50049的有關規(guī)定。

6煙氣余熱回收系統(tǒng)

6.1煙氣系統(tǒng)

6.1.1系統(tǒng)配置要求

煙氣余熱回收系統(tǒng)一般應設有旁路煙道，在煙氣余熱回收檢修或故障停運時，不影響鋼鐵生產系統(tǒng)

的正常運行。

煙氣旁路煙道應設關段閥，關段閥應有調節(jié)功能和快速打開功能。.

煙氣余熱回收裝置前和煙囪入口應設關段閥。

6.1.2吸風機配置

吸風機宜采用高效離心式風機，并采用變頻調試，每爐配一臺。風機風量按最大煙氣量的115%，另

加15度的溫度裕量；風機壓頭應煙氣余熱回收系統(tǒng)的阻力，并考慮20%裕量；

6.2余熱鍋爐

6.2.1余熱配置原則

6.2.1.1鍋爐設備設計、制造及安裝應符合TSGG0001、DL612的有關規(guī)定。

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6.2.1.2當煙氣溫度小于250℃時，宜選用熱水型余熱鍋爐；當煙氣溫度大于等于250℃時，應根據(jù)經濟

合理、安全可靠原則，綜合比較確定余熱鍋爐形式。

6.2.2熱水型余熱鍋爐

6.2.2.1余熱鍋爐出力應按對應余熱收集能量的最大值設計，換熱管道宜采用不銹鋼材料。

6.2.2.2閉式循環(huán)水系統(tǒng)配置閉式循環(huán)熱水泵，熱水泵采用兩臺，變頻調節(jié)，一用一備。

6.2.2.3閉式循環(huán)水系統(tǒng)應設置自動補水系統(tǒng)，補水定壓熱水泵入口壓力，保障熱水泵不汽蝕，并應有

30kPa-50kPa的裕量。

6.2.2.4閉式循環(huán)水系統(tǒng)應設置自動泄水系統(tǒng)，當系統(tǒng)壓力高時自動泄水。

7有機工質朗肯循環(huán)系統(tǒng)

7.1透平發(fā)電機組

7.1.1透平的容量應根據(jù)余熱的大小和性質合理確定，條件許可時，應優(yōu)先選擇較大容量。

7.1.2透平應與工質接觸部分應采用不銹鋼材料.；

7.1.3透平應設置可靠的密封裝置。

7.2設備選型

7.2.1蒸發(fā)器

7.2.1.1蒸發(fā)器應滿足下列要求：

a）蒸發(fā)器應采用表面式傳熱方式。結構形式可采用管殼式、板殼式等，應根據(jù)技術經濟、安全可

靠原則，綜合比較確定;

b）蒸發(fā)器結構設計、制造、材料、試驗等，應符合GB/T150、GB/T151的規(guī)定；并且與有機工質接

觸面的材料應采用不銹鋼材料；

c)蒸汽加熱時，蒸發(fā)器內部應設有防蒸汽沖刷的不銹鋼防沖擊板.

7.2.1.2蒸發(fā)器設計參數(shù)符合下列規(guī)定：

a）有機工質側設計壓力應與對應有機工質管道設計壓力相同，并不小于1.6MPa；

b）熱水（或蒸汽）側設計壓力應與對應熱水（或蒸汽）管道設計壓力相同，并不小于0.2MPa；

c)蒸發(fā)器有機工質側設計溫度應按照蒸發(fā)器出口有機工質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）側設計溫度應與對應熱水（或蒸汽）管道設計溫度相同，并不小于150℃；

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e)如果蒸發(fā)器的結構采用加熱段與蒸發(fā)段分體設計，并且蒸汽加熱時，加熱段設計溫度取蒸汽壓

力的飽和溫度加20℃.

7.2.1.3蒸發(fā)器液位、壓力、溫度測點的設置符合下列規(guī)定：

a）蒸發(fā)器應設置有機工質液位遠傳接口，接口不少于兩對；

b）蒸發(fā)器的有機工質側和熱水（或蒸汽）側，應設置就地壓力和溫度測點；

c)在蒸發(fā)器本體上的有機工質側和熱水（或蒸汽）側均應設置遠傳壓力和溫度測點。當蒸發(fā)器有機

工質側和熱水（或蒸汽）側的進出口關段閥門前的管道上設置了遠傳壓力和溫度測點時，可不設置。

7.2.1.4蒸發(fā)器安全防護

蒸發(fā)器的有機工質側和熱水（或蒸汽）側均應設置安全泄壓閥。當蒸發(fā)器有機工質側和熱水（或蒸

汽）側的進出口關段閥門前的管道上設置了同泄壓目的安全泄壓閥時，可不設置。

7.2.2工質泵

7.2.2.1機組容量小于10MW時，工質泵可設置一臺，應采用變頻調速。

7.2.2.2機組容量大于等于10MW時，工質泵宜設置2臺，一運一備，并采用變頻調速。

7.2.2.4每臺工質泵容量按透平閥門全開工況時，工質流量的110%選取.

7.2.2.5工質泵揚程按系統(tǒng)總阻力、總靜壓差之和的110%選取.

7.2.2.6工質泵應與工質接觸部分應采用不銹鋼材料。

7.2.2.7工質泵應設置可靠的密封裝置。

7.2.3冷凝器

7.2.3.1冷凝器應符合下列要求：

a）冷凝器應采用表面式傳熱方式。結構形式可采用管殼式、板殼式等，應根據(jù)技術經濟、安全可

靠原則，綜合比較確定；

b）冷凝管及管板材料應根據(jù)冷卻水水質條件選擇，并且與有機工質接觸面的材料應采用不銹鋼材

料；

c）冷凝管的清潔系數(shù)宜取0.85～0.9.

7.2.3.2蒸發(fā)器設計參數(shù)符合下列規(guī)定：

a）有機工質側設計壓力應不小于1.0MPa；

b）管側設計壓力不小于0.6MPa；

c）凝汽器殼體設計溫度應取透平出口最高有機工質氣溫度加15℃;

d）管側設計溫度不小于50℃.

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7.2.1.3冷凝器液位、壓力、溫度測點的設置符合下列規(guī)定：

a）冷凝器熱井應設置有機工質液位就地和遠傳接口；

b）冷凝器的殼側應設置就地壓力和溫度測點；

c）在冷凝器本體上的有機工質側應設置遠傳壓力和溫度測點。當有機工質側的進出口關段閥門前

的管道上設置了遠傳壓力和溫度測點時，可不設置。

7.2.3.3冷凝器安全防護

冷凝器的有機工質側均應設置安全泄壓閥。當冷凝器有機工質側的進出口關段閥門前的管道上設

置了同泄壓目的安全泄壓閥時，可不設置。

7.2.4有機工質儲罐

7.2.4.1儲罐結構設計、制造、材料、試驗等，應符合GB/T150的規(guī)定；材料應采用不銹鋼材料。

7.4.2.2有機工質儲罐設計壓力應不小于1.0MPa。

7.4.2.3有機工質儲罐應設置安全泄壓閥。

7.2.4.4有機工質儲罐應設置就地壓力和溫度測點。

7.3系統(tǒng)要求

7.3.1系統(tǒng)設置

7.3.1.1系統(tǒng)宜采用單元制系統(tǒng)。工質泵進口宜設置過濾器，工質泵出口應設置再循環(huán)管。

7.3.1.2冷凝器熱井最低液位面到至工質泵進口中心線的液柱所產生的壓力，不應小于下列各項之和：

a）工質泵進口處的氣化壓力和冷凝器的工作壓力之差；

b）工質泵的汽蝕余量；

c）工質泵進口的流動阻力；

d）工質泵運行安全必須的富裕量3kPa～5kPa。

7.3.2ORC旁路系統(tǒng)設置及功能要求

蒸發(fā)器出口應設置ORC旁路至凝汽器的系統(tǒng)。旁路容量應根據(jù)蒸發(fā)器換熱熱量調節(jié)、透平沖轉工質

參數(shù)要求、透平甩負荷等因素確定，并不宜小于50%。

7.3.3有機工質充放系統(tǒng)

應設置有機工質充放系統(tǒng)，充放系統(tǒng)出力根據(jù)機組容量、系統(tǒng)工質總量、充放時間等綜合優(yōu)化確定。

7.3.4ORC抽真空系統(tǒng)

應在ORC的有機工質系統(tǒng)設置抽真空接口和抽真空裝置，抽真空出力滿足40分鐘達到需要的真空度

要求。

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8汽水系統(tǒng)

8.1低壓飽和蒸汽系統(tǒng)設計應符合GB50049、DL/T5054的有關規(guī)定。

8.2除氧器及給水箱設計應符合GB50049的有關規(guī)定。

8.3給水系統(tǒng)及給水泵設計應符合GB50049的有關規(guī)定。

8.4凝結水系統(tǒng)及凝結水泵設計應符合GB50049的有關規(guī)定。

8.5補水系統(tǒng)設計應符合GB50049、DL/T5054的有關規(guī)定。

8.6排污和排汽系統(tǒng)設計應符合GB50049、DL/T5054的有關規(guī)定。

8.7工業(yè)水系統(tǒng)設計應符合GB50049的有關規(guī)定。

9供水及水處理系統(tǒng)

9.1給排水系統(tǒng)應符合GB50721、DL/T5339的相關規(guī)定。

9.2循環(huán)冷卻水系統(tǒng)應符合GB/T50050、GB/T50102的相關規(guī)定。

9.3工業(yè)水宜接自鋼鐵企業(yè)工業(yè)水管網(wǎng)，水質應根據(jù)生產工藝和設備的要求確定，宜符合下列要求：

a）冷卻塔循環(huán)供水的補充水中懸浮物含量超過50mg/L時宜做預處理，經處理后的懸浮物含量不

宜超過20mg/L，pH值不應小于6.5且不宜大于9.5；

b）工業(yè)用水轉動機械軸承冷卻水的碳酸鹽硬度宜小于250mg/L（以CaCO3計），pH值不應小于

6.5，且不宜大于9.5。

9.4每臺汽輪機循環(huán)水泵不宜少于2臺，水泵的總出力應滿足冷卻水的最大計算用水量，并應設置備用

水泵。

9.5冷卻塔的塔型選擇應根據(jù)循環(huán)水的水量、水溫、水質和循環(huán)水系統(tǒng)的運行方式等使用要求確定。

10其他系統(tǒng)

電氣設備及系統(tǒng)、熱工自動化、采暖通風及空氣調節(jié)、建筑結構、輔助及附屬設施等系統(tǒng)應符合GB

50016、GB50049和GB50660的相關規(guī)定。

11操作與維護

11.1針對煙氣余熱鍋爐和ORC發(fā)電系統(tǒng)，應制定相應的操作規(guī)程，并嚴格執(zhí)行。

11.2煙氣余熱鍋爐、ORC透平發(fā)電系統(tǒng)的管道閥門布置應方便檢查和操作，凡需經常操作維護的閥門而

人員難以達到的場所，宜設置平臺、樓梯，或設置傳動機構引至樓面或地面進行操作。

11.3ORC透平機房內起重機設置原則如下：

a）ORC透平機房內應設置檢修用電動橋式起重機或手動單梁橋式或其他形式的起重設備；

b）起重機的軌頂標高應結合規(guī)劃建設機組確定，并應滿足起吊物件最大起吊高度的要求；

d）起重機的起重量應按檢修起吊最重件確定，同時應結合規(guī)劃建設機組確定；

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e）利用ORC透平機房橋式起重機起吊受限的設備頂部應設置必要的檢修吊鉤；

f）ORC透平機房的運轉層，應留有利用橋式起重機抽出發(fā)電轉子所需要的場地和空間。汽輪機房的

底層，應留有抽、裝、清洗凝汽器冷卻管的場地和空間；

g）ORC透平機房底層的安裝檢修場地面積應能滿足檢修吊裝大件和翻缸的要求。

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前??言

本標準按照GB/T1.1—2020給出的規(guī)則起草。

本標準由中國材料與試驗團體標準委員會鋼鐵材料領域委員會(FC01)提出。

本標準由中國材料與試驗團體標準委員會鋼鐵材料領域委員會(FC01)歸口。

本標準負責起草單位：中科院生態(tài)環(huán)境研究中心。

本標準參與起草單位：北京華晟環(huán)能科技有限公司、包鋼集團、冶金工業(yè)信息標準研究院

本標準主要起草人：龐亞虎、殷文杰、楊旭東、王永民、王師、李燕

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鋼鐵行業(yè)低品位余熱有機朗肯（ORC）透平發(fā)電技術規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了有機工質朗肯循環(huán)（ORC）熱-電聯(lián)產的鋼鐵行業(yè)低品位余熱利用的術語和定義、原

理與工藝流程、系統(tǒng)技術要求、煙氣余熱回收系統(tǒng)、有機工質朗肯循環(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。

本文件適用于有機工質的鋼鐵企業(yè)低品余熱利用技術應用。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應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/T150壓力容器(所有)

GB/T151熱交換器

GB50016建筑設計防火規(guī)范

GB50049小型火力發(fā)電廠設計規(guī)范

GB50660大中型火力發(fā)電廠設計規(guī)范

GB50187工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范

TSGG0001鍋爐安全技術監(jiān)察規(guī)程

DL612-電力工業(yè)鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程

DL/T5054火力發(fā)電廠汽水管道設計技術規(guī)定

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

低品位余熱lowgradewasteheat

鋼鐵生產流程高爐、轉爐、焦爐等生產過程中產生的煙氣余熱、低壓飽和蒸汽。

3.2

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煙氣余熱fluegaswasteheat

鋼鐵生產流程高爐、轉爐、焦爐等生產過程中產生的煙氣，且煙氣溫度高于150℃。

3.3

有機工質organicworkingmedium

由有機化合物組成的、具有低沸點、環(huán)境友好特性，可實現(xiàn)熱能和機械能相互轉化的媒介物質。

3.4

余熱回收裝置wasteheatrecoverydevice

回收煙氣余熱的余熱鍋爐、回收飽和蒸汽的收集裝置。

3.5

有機工質朗肯循環(huán)透平機organicrefrigerantRankinecycleturbine