Sistema de recuperación de calor residual ORC para una planta de fertilizantes

Fecha de lanzamiento:

2026-04-24

La producción industrial genera importantes cantidades de calor residual de alta temperatura de grado medio y bajo. El tratamiento convencional suele consistir en el enfriamiento directo y la descarga, lo que no solo desperdicia energía y eleva los costos de operación de los sistemas de agua de recirculación, sino que también va en contra de las tendencias actuales hacia la conservación de la energía en la industria, la reducción de emisiones de carbono y la fabricación verde. El sistema de generación de energía mediante recuperación de calor residual ORC de Terui permite la utilización eficiente de los recursos de calor residual y la producción de electricidad in situ.

I. Antecedentes del proyecto y puntos críticos
 
La producción de fertilizantes es una industria altamente intensiva en consumo energético que genera importantes cantidades de calor residual de alta temperatura, de grado medio y bajo, durante el proceso de fabricación. Los métodos convencionales de tratamiento suelen consistir en el enfriamiento directo y la descarga, lo que no solo conlleva pérdidas significativas de energía sino que también eleva los costos de operación de los sistemas de agua de recirculación, al tiempo que resulta incompatible con las tendencias actuales hacia la conservación de la energía industrial, la reducción de emisiones de carbono y la producción verde. Para abordar la baja tasa de aprovechamiento de este calor residual de alta temperatura, una planta de fertilizantes en Xinxiang, provincia de Henan, ha implementado un sistema de generación de energía mediante recuperación de calor residual basado en el Ciclo Orgánico de Rankine (ORC), lo que permite un uso eficiente de los recursos de calor residual y la producción in situ de electricidad.
Sistema de recuperación de calor residual ORC
 
II. Parámetros principales del proyecto y configuración del sistema
 
(1) Condiciones de la fuente de calor
 
  • Medio de la fuente de calor: agua caliente a alta temperatura generada durante el proceso de producción.
  • Caudal de agua caliente: 300 t/h
  • Temperaturas del agua de entrada y salida: 143 °C / 120 °C
  • Capacidad de generación de energía: 2 × 900 kW (configuración de dos unidades, capacidad instalada total de 1.800 kW)
 
(II) Fluido de trabajo y parámetros clave del equipo
 
  • Fluido de trabajo: R245fa (pentafluoropropano). Este refrigerante presenta una excelente estabilidad térmica, es no inflamable y tiene un potencial de agotamiento del ozono (PAO) igual a cero, lo que garantiza el cumplimiento de las normativas ambientales. Es especialmente adecuado para aplicaciones de generación de energía a partir de calor residual en rangos de temperatura medio y bajo, y puede operar de manera confiable con temperaturas de la fuente de calor de 120 a 150 °C.
  • Caudal del fluido de trabajo: 130 t/h
  • Temperaturas de entrada y salida del fluido de trabajo: entrada 38,4 °C (líquido), salida 126,5 °C (gas).
  • Presión de diseño del sistema: 25 bar
  • Configuración del intercambiador de calor:
    • Precalentador: Se utiliza para precalentar el fluido de trabajo, mejorando así la eficiencia en el aprovechamiento de la energía.
    • Evaporador: Con un diseño modular y una superficie total de transferencia de calor de 191 m² + 286 m², está especialmente diseñado para satisfacer los requisitos de intercambio térmico de alta eficiencia del fuente de calor y del fluido de trabajo.
Precalentador de recuperación de calor residual ORC
(3) Descripción del proceso del sistema
 

Este sistema de recuperación de calor residual ORC emplea una configuración de intercambiador de calor doble, compuesta por un precalentador y un evaporador: el agua caliente de alta temperatura pasa primero por el precalentador para proporcionar un calentamiento preliminar al fluido de trabajo a baja temperatura; a continuación, ingresa al evaporador, donde vaporiza dicho fluido. El vapor resultante se expande a través de una turbina para realizar trabajo, accionando un generador que produce electricidad. El vapor de escape, tras haber realizado su trabajo, se condensa en líquido en el condensador y, posteriormente, es bombeado de regreso al precalentador mediante la bomba del fluido de trabajo, cerrando así un ciclo cerrado que permite la conversión y el aprovechamiento continuos del calor residual.

 
 
III. Valor y ventajas de la implementación del proyecto
 
(1) Beneficios económicos
 
Una vez puesto en servicio el proyecto, las dos unidades de generación, operando a plena carga, proporcionarán una producción eléctrica estable. La energía generada se inyectará directamente a la red interna de la planta, sustituyendo la electricidad adquirida en el mercado externo y reduciendo de manera significativa los costos eléctricos de la empresa. En condiciones de plena carga, se estima que la generación anual alcanzará aproximadamente 15,12 millones de kWh. Con una tarifa industrial de 0,6 yuanes por kWh, ello se traduce en un ahorro anual en costos eléctricos superior a 9 millones de yuanes, con un corto período de recuperación de la inversión y importantes beneficios económicos.
 
(II) Beneficios de ahorro energético y reducción de carbono
 
El sistema transforma el calor residual de grado medio y bajo en un recurso valioso, convirtiendo de manera eficiente el agua caliente de alta temperatura que, de otro modo, se vertería directamente, en electricidad limpia, lo que reduce la pérdida de energía. Además, por cada kilovatio‑hora de electricidad ahorrada, se evitan indirectamente aproximadamente 0,785 kg de emisiones de dióxido de carbono. El proyecto logra reducciones anuales de emisiones de CO₂ superiores a 11.000 toneladas, contribuyendo a que la empresa cumpla sus objetivos de reducción de carbono y se ajuste a la normativa ambiental.
 
(3) Ventajas tecnológicas y operativas
 
  1. Fuerte compatibilidad con el fluido de trabajo: Al emplear R245fa como fluido de trabajo, que presenta un punto de ebullición moderado y una excelente estabilidad térmica, se logra un cambio de fase eficiente bajo una fuente de calor de 143 °C. El sistema opera a presiones estables, sin riesgo de corrosión ni formación de incrustaciones, lo que redunda en bajos costos de mantenimiento.
  2. Alta fiabilidad del sistema: El diseño de circuito cerrado elimina el riesgo de fugas del fluido de trabajo y suprime la necesidad de sistemas complejos de desaireación y desalinización. En comparación con los ciclos Rankine convencionales a vapor, presenta una estructura más sencilla y un funcionamiento y un mantenimiento más fáciles, lo que lo hace especialmente adecuado para las condiciones de producción continua de las plantas de fertilizantes.
  3. Diseño modular para mayor flexibilidad: La configuración de doble unidad, combinada con un evaporador modular, permite ajustar de manera flexible la carga operativa en respuesta a las fluctuaciones de la fuente de calor, adaptándose a las variaciones en la demanda de producción en plantas de fertilizantes y garantizando la estabilidad a largo plazo del sistema.
 
IV. Importancia demostrativa para la industria
 
El proyecto de recuperación de calor residual mediante ciclo orgánico de Rankine en esta planta de fertilizantes constituye un modelo maduro y práctico para aprovechar el calor residual de baja calidad en la industria química, demostrando la aplicabilidad de la tecnología ORC en sectores intensivos en energía, como la producción de fertilizantes y productos químicos. Al recuperar y convertir de manera eficiente el calor residual de agua caliente a alta temperatura en electricidad, la empresa no solo ha logrado una utilización en cascada de la energía y reducido su consumo energético global, sino que también ha avanzado en su transición hacia una manufactura verde. Esta iniciativa ofrece una vía tecnológica replicable y escalable para la modernización orientada al ahorro energético en industrias similares, contribuyendo así a que el sector industrial alcance sus objetivos de “doble carbono”.

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