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ORC螺杆膨胀发电机组在不同地域和季节的性能分析
董冰;张凯;高磊;邢子文
【期刊名称】《制冷技术》
【年(卷),期】2015(000)001
【摘要】低品位的中低温余热不能得到有效利用，是能源利用率低的一个主要原因。
将该部分余热转化为电能则可获得巨大收益。
有机郎肯循环（Organic Ranking Cycle，简称ORC）即是一种利用低沸点的有机工质回收中低温热源的热能并将其转化为电能的技术。
不同地域、不同季节气候条件（主要是温度和相对湿度）不同，ORC发电机组的性能也会受到影响。
本文在介绍了有机朗肯循环系统结构、原理和特点的基础上，分别采用水冷式、蒸发式以及风冷式三种冷凝器，利用NIST软件在Matlab界面下对系统进行计算，分析得到了不同地域和季节气候条件的变化对系统冷凝温度、发电量和发电效率的影响。
【总页数】7页(P11-16,20)
【作者】董冰;张凯;高磊;邢子文
【作者单位】西安交通大学，陕西西安 710049;西安交通大学，陕西西安 710049;西安交通大学，陕西西安 710049;西安交通大学，陕西西安 710049
【正文语种】中文
【相关文献】
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2.有机朗肯循环(ORC)膨胀发电机组设计分析 [J], 孙好雷
3.低品位热能回收装置——ORC螺杆膨胀发电站 [J], 翁有为
4.尿素高调水ORC膨胀发电机组过程控制的研究与设计 [J], 付国华; 魏佳佳
5.采用螺杆膨胀机的ORC系统特性试验研究 [J], 郭霆;沈九兵;孔祥雷;张震
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低温余热发电的利用技术作者：郑杰来源：《科学与技术》 2019年第1期摘要：余热资源来源丰富，按温度等级被分为（＞400度）高温余热、（250-～400度）中温余热、（＜250度）低温余热。
其中，高温、中温余热的热源品质较高，可选择余热利用方法较多，可选择各种型式的换热设备、拖动设备、发电设备。
低温余热的利用方法选择相对较少，低温余热只能产生热水或者低参数的蒸汽，应用领域相对较少。
所以，有时只能希望用来发电，接下来举例详细分析利用低温余热资源发电的方法。
关键词：低温余热；螺杆膨胀机；ORC发电1.低温余热发电利用的技术路线1.1 低温余热利用简介低温余热是指热源温低于250度，而常规汽轮机发电需要的蒸汽参数最低为1.27Mpa，温度为340度，即使补汽凝汽式机组的补汽，参数也在0.25MPa，温度200度。
余热用于发电的应用需要将热源换热成热水或者蒸汽，考虑换热器的换热效率、换热面积等因素，换热器最低要保证20度左右的端差，而温度140度蒸汽对应的饱和压力0.36Mpa（ａ），已不适用于常规汽轮发电机组。
因此，当余热热源温度在低于160度的热源就很难利用。
1.2 低温余热发电利用方式烧结厂全厂的热平衡，已没有能与之匹配简洁有效的直接利用方式，只能用来发电。
如果用来发电，可采用两种方式：1）将烟气换热成压力0.36MPa（ａ）、温度140度或者更低参数的饱和蒸汽，选用低品位热能汽轮机或者螺杆膨胀机进行发电；2）将烟气换热成热水，通过热水－制冷剂换热连接ORC发电系统直接发电。
2 低品位热能汽轮机或者螺杆膨胀机发电2.1 螺杆膨胀机工作原理：1）进气过程：介质经进气口进入转子的齿间容积后，将推动转子旋转，并使齿间容积不断扩大。
2）膨胀过程：随着齿间容积继续增大，介质体积膨胀温度降低，同时输出动力到转子的伸出轴处。
3）排气过程：当齿间容积排气口相通时，便开始排气过程，直至齿间容积减少为零，完成一个工作循环为止。
第3期李金马，等:热泵与ORC 在热水余热利用中的应用研究-123 -\生产与应用1Xz热泵与ORC 在热水余热利用中的应用研究李金马1，蒋俊彦2,郑昭2(1.河北新欣园能源股份有限公司，河北黄骅061106； 2.中国船舶集团有限公司第七一一研究所，上海201108)摘要：以100t/h 的 水，热水 为110-180 a 为例，分别计算 水 气 ORC 热水 发 。
采 标油折算的方法分别对 法收益进行比较，结 ： 压力 0电MPa 时，采进行 产生的收益：于ORC 系统。
压力高于0.2 MPa 时，选用ORC 进行热水 发电优于采对 进行 。
关键词： ；水；;ORC ；回中图分类号:TQ015Q ；TK284文献标识码：B文章编号：1008-021X ( 2021) 03-0123-03Application of Heat Pump and ORC o Utilization of Hot Water Waste HeatLi Jinm (a , Jiang Jinny a n 2 , Zheng Zhao 1(1.Hebei Xinxinyuan Energy Co.,Lth.,Huanghua 061106,China ；2.Shanghai Ma —ne Diesel Engine Research Institute ,Shanghai 201108,China )Abstract ： Hot water 0 one of the carriers of indust/al waste heat- Heat pump recove — of hot water fash steam and ORC recove —of hot water waste heat for power generation are two important methods of hot water waste heat utilization. This article takes 100OnChour of hot water and hot water temperature of 110 〜180 a as an example to calculate the amount of fash steam recoveredby the heat pump and the amount of electricity generated by ORC hot water waste heat- The oil conversion method 0 used tocompare the revenues of the two methods - The results show that when the fash steam —cove — pressure 0 lower than 0Q MPa , the heat recoverg of the steam —coverg using the heat pump 0 better than the ORC system. When the pressure of recovered fashsteam 0 higher than ON MPa , P 0 better to choose ORC for hot water waste heat power generation than heat pump to recoverf —h steam .Key words ：w —to heat ； hot water ； heat pump ； ORC ； recove —水是工业 的载体之一， 水ORC 水 发的热水 利 法。
螺杆膨胀发电机原理螺杆膨胀发电机是一种利用高温和压力差产生动力，将热能转化为电能的装置。
它的工作原理基于热膨胀性质，通过热膨胀和压力差驱动螺杆膨胀机械，从而带动发电机发电。
本文将深入探讨该发电机的原理及相关技术。
一、热膨胀原理热膨胀现象是指物体在受热后体积增大的现象。
根据热膨胀原理，当物体受到热能输入时，其分子间相互作用减弱，分子自身的运动增加，导致物体体积增大。
而当物体受到冷却时，分子间相互作用增强，分子自身的运动减慢，物体体积收缩。
二、螺杆膨胀机械螺杆膨胀机械是螺杆机械的一种应用形式，它由主动螺杆、从动螺杆和泄漏装置等部分组成。
主动螺杆由驱动装置带动旋转，从动螺杆嵌套在主动螺杆中，两者之间形成密闭腔室。
在螺杆运动过程中，腔室不断加热并膨胀，当充满高温气体使腔室内气压升高时，泄漏装置打开，排出高压气体，形成压力差，从而驱动螺杆机械的运动。
三、螺杆膨胀发电机构成及原理螺杆膨胀发电机由螺杆膨胀机械和发电机两部分组成。
其工作原理是通过高温气体使螺杆膨胀，产生压力差，驱动螺杆机械旋转，进而带动发电机发电。
具体而言，螺杆膨胀发电机包括了以下几个关键部分：1. 热源：热源可以是化石燃料燃烧所产生的高温烟气，也可以是核能反应释放的热量。
在热源部分，螺杆膨胀机械的腔室将与热源连接，吸热使压缩空气膨胀。
2. 螺杆膨胀机械：螺杆膨胀机械是实现能量转化的核心部件，由主动螺杆和从动螺杆组成。
在螺杆机械运动中，腔室的高温气体引起膨胀，而运动中的螺杆机械将转化为机械能。
3. 发电机：螺杆膨胀发电机中的发电机部分将机械能转化为电能，通过转子和定子的相互作用产生感应电流，从而实现电能的输出。
综上所述，在整个螺杆膨胀发电过程中，首先需要将热源与螺杆膨胀机械相连接，使热能转化为机械能。
而后，螺杆膨胀机械会旋转并带动发电机，将机械能转化为电能，实现发电的效果。
四、螺杆膨胀发电机的优缺点螺杆膨胀发电机具有以下几个优点：1. 高效环保：螺杆膨胀发电机利用废热产生电能，实现了对能源的有效利用，具有高效环保的特点。
ORC低温发电技术及需求随着环境保护和可再生能源的重视，低温发电技术受到了广泛关注。
ORC（Organic Rankine Cycle）是一种利用低温热能进行发电的技术，具有很高的发电效率和环境友好性。
本文将介绍ORC低温发电技术的原理和应用，并探讨其未来的需求。
ORC低温发电技术是一种利用有机工质代替水蒸汽作为工作流体的发电技术。
在ORC循环中，有机工质在低温下受热蒸发，然后蒸汽驱动涡轮机运转，产生电能。
相比于传统的水蒸汽循环发电技术，ORC循环能够在较低的温度下工作，从而可以更有效地利用低温热能。
此外，由于有机工质的选择范围较广，可以根据实际应用的需求选择合适的有机工质，进一步提高发电效能。
ORC低温发电技术在一些具体应用中已经得到了成功的实现。
例如，地热能发电就是其中一种重要的应用形式。
地热能是地球内部的热能，可以通过钻井等方式将其获得。
由于地热能的温度较低，传统的水蒸汽循环发电技术难以利用。
而采用ORC低温发电技术，可以将地热能有效转化为电能，实现可持续发展。
除了地热能之外，还有其他一些低温热源可以利用ORC低温发电技术进行能量回收。
例如，工业废热、太阳能光热发电以及生物质燃烧等都可以作为低温发电的热源。
通过采用ORC低温发电技术，这些低温热源可以被高效地转化为电能，提高能源利用效率。
未来，随着对可再生能源需求的不断增加，ORC低温发电技术将会迎来更大的发展空间和需求。
首先，随着环境保护意识的增强，人们对清洁能源的需求将逐渐增加。
ORC低温发电技术可以有效利用低温热能，减少对传统能源资源的依赖，从而满足清洁能源的需求。
其次，随着工业发展和能源消耗的增加，产生的废热也会大幅增长。
工业废热是一种潜在的低温热源，通过采用ORC低温发电技术可以将这些废热回收，减少能源浪费。
此外，随着科技进步和技术创新，ORC低温发电技术的性能和成本也会持续改善。
新材料和工艺的应用，以及对有机工质性能的不断优化，将进一步提高ORC低温发电技术的发电效率和可行性，进而推动其需求的增加。
余热回收利用报告第一篇：余热回收利用报告关于“第八届余热回收利用研讨会”学习报告11月1号有幸参加了“第八届余热回收利用研讨会”，通过参加此次研讨会了解了国内外在余热回收利用方面的新技术，其中一些技术已经用于实践生产，并取得了良好的经济效益，以下是本次报告主要的内容：1、介绍余热综合利用的潜力及必要性；2、介绍国内外关于钢厂余热回收利用的最新技术。
3、总结适用于我公司的余热再回收技术。
一、余热综合利用的潜力及必要性。
钢铁工业是能源消耗的大户，我国钢铁工业生产过程中的能源有效利用率仅为30%左右，能源使用效率的低下造成钢铁企业能源成本增加，产品竞争力下降。
钢铁行业在生产过程中产生大量余热能源，吨钢产生的余热总量约占吨钢能耗的37%。
我国大型钢铁联合企业余热、余能资源的回收利用率约为30%-50%，但与国际先进水平相比仍有很大的差距。
国际平均利用率达80%以上，我们的节能工作仍有很大的空间，大量的余热资源可以回收产生蒸汽，做好余热蒸汽的回收和科学利用可以使钢铁企业对一次能源的需求量减少约8%。
当前，在钢铁行业面临产能过剩、结构调整、资料能源成本和环保代价日益加大，回收余热、余能越来越受到关注，成为钢铁企业节能降耗、降低成本的重点。
二、现国内在余热回收方面的研究及应用于实际工业生产的最新技术。
研究一：提高换热器的换热效率，改善换热器的换热结构及材质，使换热器能够在更加恶劣的换热环境下使用。
在节能减排的新形势下天津大学朱教授发明了新一代高效节能平行流管壳式换热器，实现了换热器管/壳程空间可控的纯逆流，提高了总传热效率30%-60%,降低运行阻力20%-70%，大大降低了动力设备的能耗，节能15%-40%、节材20%-40%、节地30%-70%，此项研究成果已获得国家相关部门认可并已应用于实际生产当中。
设计原理：传统管壳式换热器由折流板改变流体方向，通过冷热介质在管内外的换热，使工质达到冷却或加热的目的，而朱教授摒弃了这种以碰撞形式进行换热的方式，改变管子表面形状，优化换热器结构，使管内外流体形成纯逆流流动，这样大大降低了运行工质的阻力，使阻力仅为原来运行的40%-50%，达到节能的效果。
摘要近年来，由于能源利用效率低困扰着我国经济和社会发展，节能问题越来越受到社会各界的重视，同时各种节能新技术新设备大量涌现出来。
低品位能源的有机工质双循环螺杆膨胀机余热回收发电技术就是一种新型的能量回收技术。
通过理论分析计算和实验验证，对有机工质双循环螺杆膨胀机系统进行研究。
首先根据工程热力学基本原理，分析了系统的基本运行原理，提出了系统运行可采用的两种方式:蒸汽动力循环和汽液两相循环方式；说明了确定系统各主要参数（包括换热器和冷凝器的温度压力参数、热负荷及系统冷却水量、发电功率等）的方法以及系统冷却方案的选择。
最后，进行有机工质双循环螺杆膨胀机系统的实验初步设计。
在设计过程中，进行实验设备的初步选型，了解主要实验设备的型号和技术参数，简单说明螺杆膨胀机性能的测试方法，为将来实际操作过程积累经验。
通过对这种新型低品位能源回收技术的研究，已经说明了它在技术和经济上都是可行的。
有机工质双循环螺杆膨胀机余热回收发电技术的研究成果，不仅为将来系统的实验研究提供了理论基础，考虑到中国的实际国情，它为提高我国的能源利用效率提出了一种新的解决方法，在工程应用上有重要意义。
关键词：循环；螺杆膨胀机；有机工质ABSTRACTIn recent years, because low energy usage persecutes the development of economy and society, people attach important to energy conservation problem more and more, and many new technology and equipment appear. The organic working fluids bicirculating screw expander power generation technology of surplus heat recovery is just a new energy recovery technology.Organic working fluids bicirculating screw expander system is researched by theoretical analysis and computer simulation. Firstly, based on the basic principles of engineering thermodynamics, the basic operation principles of this system is analysed, two adoptable ways of system operation are put forward: vapour power cycle way and vapour-liquid two-phase cycle way; then the method to determine the main parameters (included temperature, pressure and heating load of evaporator and condenser, cooling water mass, electric power and so on) and the choice of system cooling program are illustrated. After that, The preliminary design experiments are done for Organic working fluids bicirculating screw expander system. In the design process，we have a simple selection about Experimental equipments and get to know Experimental equipment type and technical parameters. It is necessary for specifying the test methods of screw expander.By the research on this new surplus heat recovery technology, the thesis has approved its feasibility in both technical and economical. Its research conclusions not only supply the theoretical basis for the future experimental research, considered the situation of our country, it puts forward a new settlement to increase energy useage, and so has an important meating in engineering application.Keywords:Cycle；Screw；expander；Organic；working目录第一章绪论 (1)1.1 螺杆膨胀机 (1)1.2螺杆膨胀机技术国内外发展概况及现状 (2)1.3 螺杆膨胀机余热回收发电技术特点及应用领域简介 (3)1.4 问题的提出 (6)1.5 课题主要研究内容 (7)第二章有机工质双循环螺杆机系统原理 (8)2.1 有机工质双循环螺杆机系统组成及特点 (8)2.2 有机工质蒸汽动力循环和有机工质汽液两相动力循环 (9)2.3确定系统各主要参数的方法 (10)2.3.1 确定冷凝器的温度压力参数 (11)2.3.2确定换热器的温度压力参数 (12)2.3.3 确定系统其余参数 (14)2.4 计算实例 (16)第三章实验系统初步设计 (22)3.1实验系统概述 (22)3.1.1实验系统介绍 (22)3.1.2实验方法 (22)3.1.3实验目的 (23)3.2 实验测量系统 (23)3.3实验测试方法 (26)第四章系统的循环工质选择要求及经济和环保效益 (28)4.1 低沸点工质的重要性 (28)4.1.1低沸点工质介绍 (28)4.1.2系统对低沸点工质的基本要求 (28)4.2效益分析 (29)4.2.1经济效益 (29)4.2.2环保效益 (30)结论 (32)致谢 (33)参考文献 (34)附录1 水及一些常见低沸点工质的特性参数 (35)附录2 R113工质的热物性参数表 (36)第一章绪论当今，节能问题越来越受到社会各界的关注，我国节能工作的总要求是：落实节约资源的基本国策，加快结构调整，推进技术进步，加强法制建设，深化体制改革，强化宣传教育，调动市场主体节约资源的积极性，逐步形成节约型的增长方式和消费模式，实现经济社会可持续发展。
ORC机组在工业行业的应用摘要：工业余热资源普遍存在，特别在石油化工、钢铁焦化、合成氨、聚酯化纤、橡胶和多晶硅等行业的生产过程中，都存在丰富的余热资源，所以充分利用余热资源是企业节能的主要内容之一。
余热资源按其温度划分可分为三类：高温余热、中温余热、低温余热。
在工业领域中消耗着大量的能量，最终都以低温热水的形式排放掉。
为了提高能耗的利用效率，应采取措施进行余热资源回收利用。
余热回收方式各种各样，但总体分为热回收（直接利用热能）和动力回收（转变为动力或电力再用）两大类。
关键词：低温余热；节能；炼油1.ORC机组的工作原理有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)是以低沸点有机物为工质的朗肯循环，主要由余热锅炉(或换热器)、透平、冷凝器和工质泵四大部套组成，其工作原理如图1所示。
有机工质在换热器中从余热流中吸收热量，生成具一定压力和温度的蒸汽，蒸汽进入透平机械膨胀做功，从而带动发电机或拖动其它动力机械。
从透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放热，凝结成液态，最后借助工质泵重新回到换热器，如此不断地循环下去。
工业生产过程中所排放的余热被热交换器吸收，应用到热油循环并用热油泵输送到余热蒸发器装置。
蒸发器装置中的低沸点有机工作液体被汽化，并从主蒸汽管道流进膨胀机，利用膨胀发电机组工作介质的热能被转变成电能。
发电后的工作介质仍是气态流进冷凝器装置液化并由冷凝水泵抽到二次循环。
由于冷凝水温度较低，残余热量不能用于供暖，因此被冷却塔收回。
ORC余热发电系统产生的电力可以用于工业现场内部消耗也可送入电网。
2.应用范围ORC机组可采用0.1MPa以上饱和水蒸汽、泛汽发电；或75℃以上流体（如热水、化工行业的热物液等）发电；以及200℃以上烟气和各种工业气体余热发电。
2.1石油开采行业原油中含有约85%的污水需降温后回灌，而在生产和生活中需要的中温热水主要依靠直接燃烧油气获得，能耗大，能效低。
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。
