ORC发电简介

ORC低温余热发电在制氢装置中的运用摘要：笔者首先对ORC技术的发展状况进行了说明；其次对ORC发电制氢装置的基本工作原理进行了详细的阐述，最后论述了ORC低温余热发电在制氢装置中的可靠性，为节能减耗奠定了夯实的基础。

关键词：ORC技术；低温余热；制氢装置引言有研究表明，利用工业余热发电可以能够促进低温热能源的循环使用。

本文以工业烟气余热回收子系统的发电装置为例，对ORC技术在制氢装置的相关方面进行简要分析，以此来给同行带来相关建议和意见。

1.ORC技术发展和利用情况分析1.1国外ORC技术发展状况结合国内外ORC技术的实际应用以及相关研究可以得出，ORC技术除了应用在低温余热发电系统之外，还广泛应用于余热发电装置和压缩机的直接连接，相关生产人员利用其工作原理进行蒸汽式的制冷操作，并结合CHP及吸附式的制冷系统结合起来，进而提高组织效率。

大量的数据显示，ORC技术已在地热、工业余热、生物质能以及太阳能领域都有了研究成果。

例如，在1978年，日本某企业的地热发电系统采用先进的ORC技术工艺，该电力设备的总容量可达1MW；法国的某公司结合电力推进装置和5台双燃料发电机，成功的研制出在船上使用的低温余热发电装置设备，随后以色列、意大利的相关企业均利用轴式的汽轮机对电力装置进行低温余热发电，技术相对成熟，工作效率明显的得到提升。

在各项生产技术都飞速发展的大时代背景之下，截至2012年为止，全球已经研发出了600多台ORC发电装置，装机功率接近2005MW,初步实现了工业余热以及地热发电能源技术水平的综合利用[1]。

1.2国内ORC技术分析我国的ORC技术与世界相比，相对缓慢，很多技术研究成果都必须依靠外国的技术融合，科研人员自主研发能力相对较差。

直到1993年，藏北那曲地热电站初步建立，该发电系统装机容量为1MW,主要依托以色列ORMAT公司的双工质有机朗肯循环机组系统组建，地热温度为1105℃。

那时，国内著名的上海交通大学、浙江大学以及西安交通大学虽然具备实验条件，但是相关研究还是缺乏实践性，主要依靠理论知识支撑，与实际工程研究还存在较大的高度。

低温余热发电（ORC）综述作者：李刚来源：《科技尚品》2017年第07期摘要：低温余热发电技术在提高能源再利用的有效方法之一，有机朗肯循环（ORC）技术是是低温余热发电技术之一，本文主要介绍了ORC循环的系统的结构和工质的选择方法，为ORC技术研究提供参考。

关键词：低温余热发电；有机朗肯循环；系统结构；有机工质1 前言由于世界人口的增长和全球经济的快速发展，能源消耗日渐增长。

为了保护环境、維护人类良好的生存环境，开发新能源和提高能量利用效率是亟须解决的问题。

可利用再生能源如：太阳能、风能及地热能，在满足能源需求起了越来越多的作用。

而提高能源再利用有效的方法之一就是利用中低温热源的有机郎肯循环。

有机朗肯循环（organic rankine cycle，简称ORC）是低温余热发电技术之一，ORC是使用具有较低临界温度的有机物作为循环工质的朗肯循环。

2 研究现状国外有机郎肯循环主要应用在地热、太阳能、烟气余热回收等工业余热，多数文献根据热力学定律建立模型，计算不同工质和温度下的循环热效率和介绍工质的选择方法，并介绍了有机郎肯循环中的重要设备——蒸汽膨胀做功的设备的选择和设计。

工质均为饱和曲线斜率为负值或者无穷大的干流体和等熵流体。

文献中工质的选择大多为各种CFC（含氯、氟、碳的完全卤代烃）等对环境有一定破坏的有机工质，如R113、R245fa、R123等等。

个别采用氨、烷烃等对环境有好的工质。

而且文献中对工质的选择局限在某一特定的温度范围内。

追求最优系统，工质被加热到饱和状态后在膨胀做功的热效率最高，过热或者未饱和使得不可逆损失和成本增加，降低热效率和经济性。

文献还对有机郎肯循环的系统结构做了详细的介绍，对于温度较高的低温热源，为了提高能源利用率，采用常规的有机郎肯循环已不能满足需求，所以对常规ORC系统结构做了一些改进，如多级或单级抽汽回热ORC和抽汽再热ORC，并对这两种循环方式分别进行了热力分析和计算。

基于有机朗肯循环的ORC低温余热发电技术伴随国际能源价格持续上涨，及对可再生能源、清洁能源的呼声日益升高，有机工质朗肯循环(Organic Rankine Cycle简称ORC)低温发电技术在国际电力工业市场已经成为一个异军突起的黑马。

典型的蒸汽动力发电系统，其工作循环可以理想化为由两个可逆定压过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环，包括以下四个热力学过程：第一步：定压吸热过程，第二步：绝热膨胀过程，第三步：定压放热过程，第四步：绝热加压过程。

该热力循环理论是由19世纪苏格兰工程师W.J.M.Rankine提出，为纪念其取得的成就，蒸汽动力装置的基本循环亦称为为朗肯循环(Rankine Cycle)。

有机工质朗肯循环专指以低沸点(蒸发温度38度，正戊烷)氟碳氢化合物为循环工质的热力系统，ORC低温发电技术就是基于这一工作过程的发电系统，也称有机工质朗肯循环发电。

ORC低温发电技术，这里低温泛指的温度小于150度但大于90度的热源，其低温热源是工业过程废热、太阳能、海洋温差、地热等清洁能源，技术突破点在于研究更低的热源温度以驱动透平做功发电，以适应更多的工况条件。

尽管发电效率低于传统火电，但由于使用的是清洁能源及工业过程中被废弃的低品质余热，因此在国际能源市场发展迅速。

常规的化石燃料发电技术(火力发电)，即利用煤炭、重油或天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气冲转汽轮机驱动发电机来发电。

这个系统中的循环工质是除盐水，由于水的物理性质(一个大气压，100度蒸发)，因此传统电力工业追求的是更高的温度计压力，以提高发电效率，如：超临界、超超临界等。

但是提高发电效率的同时，也带来了环境污染、粉尘、气候变化等负面因素。

因此在低温发电领域，ORC与传统的发电技术相比，具备以下几个优势：1)有机工质具有良好的热力学性质，低的沸点及高的蒸气压力使0RC方法比水蒸气朗肯循环具有较高的热效率，对较低温度热源的利用有更高的效率。

ORC发电简介低温地热⽔ORC发电⼀、地热资源丰富地热能是指地球内部蕴藏的能量，⼀般集中分布在构造板块边缘⼀带，起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。

据估算，距地壳深度5km以内蕴藏的热量约为1.46×1026J。

若其中的1%可供开采，则该深度的地热能将提供 1.46×1024J的能量，⽽⽬前全世界的每年的能量消耗约为 4.18×1020J ，理论上来讲，这部分能量将可供⼈类使⽤3500年。

如果能经济的开发这部分资源做发电利⽤，部分替代以化⽯能源为燃料的发电⽅式，对于促进可再⽣能源开发利⽤，减⼩化⽯能源消耗和CO2、SO2、NOx 等温室⽓体和环境污染物的排放，实现可持续发展，具有重要意义。

全球地热资源中32%的地热温度⾼于130℃，⽽68%的地热温度低于130℃。

⼆、地热资源的划分通常，地热资源可以按温度来划分，地热温度⾼于150℃为⾼温，地热温度低于90℃为低温，⽽地热温度处于90～150℃为中温。

三、地热发电的负荷率地热能是绿⾊能源，也是可再⽣能源。

世界上已有24个国家利⽤地热能发电，其中有5个国家的地热发电量占国家总发电量的15%～22%。

从BP公司(世界最⼤的能源公司之⼀)的统计数字显⽰，截⽌2008年底，全球地热发电总装机容量已达到10469 MW。

地热能是⼀种环境友好型能源，与化⽯燃料能源相⽐，在开发利⽤过程中⼏乎没有废⽓排放，且废⽔排⼊地下。

在已知的新能源中，地热能发电不受季节影响，因此它是稳定、可靠的能源，可⽤于带基本负荷运⾏的电站。

BP能源公司2009年世界能源统计：地热发电的负荷率⾼达90%；太阳能发电负荷率为20%；风⼒发电负荷率为25%。

四、地热发电运⾏成本美国能源部(DOE)在2009 年的地热能技术报告中指出，地热能发电的每MWh 发电成本(Levelized Energy Cost 或者LEC)为42-69 美元，其经济性优于风能发电、太阳能热发电、光伏太阳能发电等其他可再⽣能源发电利⽤⽅式。

低温余热回收有机朗肯循环技术摘要：低温余热广泛存在于高耗能行业中，有机朗肯循环（ORC）利用低温余热发电技术具有众多优势，国内外的许多学者展开了各方面的研究工作，使该技术在工业余热、地热等领域商业化成功。

在采用有机朗肯循环（ORC）发电技术时要充分考虑项目的经济效益，而不能一味地考虑余热的回收效率。

关键词：低温余热有机朗肯循环余热回收经济性分析能源是人类社会生存发展的重要物质基础，攸关国计民生和国家战略竞争力。

“节能减排”是我国可持续发展的一项长远发展战略，也是我国的重要基本国策，随着工业化、城镇化进程加快和消费结构持续升级，我国能源需求刚性增长，资源环境问题仍是制约我国经济社会发展的瓶颈之一，节能减排依然形势严峻、任务艰巨[1]。

加大节能减排设备的研发，即减少能源浪费和环境污染，将创造巨大的经济效益和社会效益。

工业低温余热广泛存在于电力、钢铁、有色金属、建材、石油、化工、煤炭等高耗能行业中，据工信部统计，目前，在七大高耗能行业中余热总资源量约3.5亿吨标煤，其中200℃以下的低品位余热资源约占总余热资源的54%左右，如果将此余热资源加以转换，将可实现约1840万KW的装机规模。

有机朗肯循环（ORC）发电原理有机朗肯循环（ORC）发电系统和传统的朗肯循环发电系统原理相同，区别在于有机朗肯循环采用低沸点的有机工质作为循环工质，最大限度的回收余热资源。

有机朗肯循环（ORC）发电系统主要设备包括：换热器（蒸发器和冷凝器），低沸点工质透平压缩机，膨胀机和发电机等（如图1所示）。

图1 有机朗肯循环（ORC）发电系统图有机朗肯循环（ORC）发电系统主要包括以下4个过程。

：（1）低温低压液体有机工质通过工质泵升压后进入蒸发器中（1-2过程），有机工质泵做功：式中：m——有机工质质量流量（Kg/s）h1——工质泵入口有机工质焓值（KJ/Kg）h2——工质泵出口有机工质焓值（KJ/Kg）——工质泵出口等熵工质焓值（KJ/Kg）——工质泵效率（2）高压低温有机工质进入蒸发器后，被高温流体加热，变成高温高压蒸汽（2-3-4过程），有机工质吸热量为：式中：——蒸发器入口工质焓值（KJ/Kg）——蒸发器出口工质焓值（KJ/Kg）（3）高温高压蒸汽进入膨胀机做功，膨胀机进而拖动发电机发电（4-5过程），膨胀做功量为：式中：——膨胀机入口工质焓值（KJ/Kg）——膨胀机出口工质焓值（KJ/Kg）——膨胀机等熵膨胀效率（4）膨胀后的低压低温蒸汽进入冷凝器，和循环冷却水进行换热，冷却成低温低压液体有机工质，完成整个循环（5-6-1过程）。