6-1 低温发电：关于有机朗肯循环发电_ORC发电_技术介绍-2

低沸点工质的有机朗肯循环纯低温余热发电技术引言我国水泥厂的余热发电，先后经历高温余热发电、带补燃炉的中低温余热发电和纯低温余热发电3个阶段。

纯低温余热发电与带补燃的中低温余热发电相比，具有投资省、生产过程中不增加粉尘、废渣、N 0。

和S0。

等废弃物排放的优点。

本文介绍以色列奥玛特(0RMAT)公司利用低温热源的有机朗肯循环(0 rganic RankineCyck，简称()RC)纯低温余热发电技术。

该技术有别于常规技术，其特点是：不是用水作为工质，而是使用低沸点的有机物作为工质来吸收废气余热，汽化，进入汽轮机膨胀做功。

1.低沸点的有机物在一个大气压下，水的沸点足100℃，而一些有机物的沸点却低于水的沸点，见表l。

有机物的沸点与压力之间存在着对应关系，以氯乙烷为例，见表2。

水的沸点与压力之间对应关系见表3。

由表2和表3町见，氯乙烷的沸点比水低，蒸气压力很高。

根据低沸点有机工质的这种特点，就可以利用低温热源来加热低沸点工质，使它产生具有较高压力的蒸气来推动汽轮机做功。

2 ORC纯低温余热发电在地热发电方面的应用0RC纯低温余热发电技术在我国地热发电方面已得到初步应用，我国目前已经勘测发现的地热田均属热水型热储。

热水型资源发电采用的热力系统主要有两种，即扩容(闪蒸)系统和双工质循环系统。

西藏羊八井地热电站，热水温度145℃，采用二次扩容热力系统，汽轮机(青岛汽轮机厂设计制造D3一1．’7／0．5型地热汽轮机发电机组)单机容量3000W，3 000W／min，一次进汽压力182kPa，温度115℃，二次进汽压力54kPa，温度81℃，额定排汽压力为10kPa。

双工质循环系统中，地热水流经热交换器，把地热能传递给另一种低沸点丁质，使之蒸发产生蒸气，组成低沸点工质朗肯循环发电。

双工质循环机组，其热效率高，结构紧凑。

我国的小型双工质循环系统地热电站——辽宁营口熊岳试验电站的装机容量2×J00KW，利用地热水(水温75℃)发电，于1977年1 1月投入运行。

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。

ORC低温余热发电技术专题汇报ORC(Organic Rankine Cycle)低温余热发电技术是一种利用低温热源进行发电的技术，能够充分利用工业生产中的低温余热，提高能源利用效率。

本文将从原理、应用、优势和发展前景等方面对ORC低温余热发电技术进行专题汇报。

一、原理ORC低温余热发电技术基于Rankine循环原理，利用有机工质来代替水蒸汽作为工作流体。

通过将余热传输到有机工质中，有机工质在低温下蒸发产生高压蒸汽，然后驱动涡轮发电机产生电能。

相较于传统的蒸汽发电技术，ORC低温余热发电技术可以适应更低的温度条件，使得低温热源也能得到充分利用。

二、应用ORC低温余热发电技术适用于多种工业领域，如钢铁、化工、纺织、石化等。

这些行业中常常产生大量的低温余热，利用ORC技术能够将这些余热转化为有用的电能，实现能量的再利用。

同时，ORC技术还可以应用在农业领域，如养殖场、温室大棚等地方，充分发挥余热利用的潜力。

三、优势1.适应性强：ORC技术适用于各种不同的余热温度，包括100℃以下的低温余热。

这使得它具有广泛的应用前景。

2.环保节能：ORC技术可以将废热转化为电能，减少对外部能源的需求，降低碳排放。

同时，该技术不会产生异味和噪音，对环境友好。

3.综合利用：除了发电，ORC技术还能够产生蒸汽、热水等其他形式的热能，可以满足工业生产的多重需求。

4.经济效益高：通过利用低温余热产生电能，可以降低企业的能源成本，提高生产效率，带来可观的经济效益。

四、发展前景随着节能减排和可再生能源发展的重要性日益凸显，ORC低温余热发电技术具有广阔的发展前景。

首先，国家政策的支持将推动该技术的大规模应用。

其次，随着技术的不断进步和成本的降低，ORC技术将更具吸引力，并有望在更多的行业得到推广。

此外，不断创新的有机工质和设备将进一步提高ORC技术的发电效率和适应性，促进其在低温余热转化领域的应用。

总结：ORC低温余热发电技术是一项能够充分利用工业生产中的低温余热的技术，具有广泛的应用前景。

科技成果——有机朗肯循环低温余热发电系统成果简介我国能源形势严峻的根本原因在于用能效率低下，我国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.3%、美国的28.6%。

我国工业用能中近60-65%的能源转化为余热资源，其中温度低于350℃以下的低温余热约占余热总量的60%，提高用能效率的有效方式之一，便是对这部分余热资源进行有效的回收利用。

本项技术是采用有机工质朗肯循环推动膨胀动力机的低温余热发电的技术系统，适用于冶金、建材、化工等有大量低温余热的产业领域，还可以作为可再生能源的发电系统，推广到可再生能源产业领域。

技术原理本系统的创新点在于将低沸点有机工质用于热力循环中的热交换过程，有效实现低温余热换热；还在于利用膨胀动力机将有机工质产生的高压蒸汽转化为发电机驱动力，从而实现低温余热资源发电，膨胀动力机还可以拖动风机，水泵等设备。

本系统突破了现有低温循环发电系统对于余热温度的最低要求，可用温度最低降至80℃（低于80℃系统经济性会降低），实现了低温余热资源的最大化利用。

本系统主要包括蒸发器、冷凝器、工质泵、有机工质余热锅炉、膨胀动力机和发电机等设备。

在核心设备的选用方面，膨胀动力机可选择螺杆膨胀机、涡轮机等设备。

其中螺杆膨胀机投资少、运行费用低、寿命长、安全可靠、易于维修，并且具有操作简单、不暖机、不盘车、不发生喘振、对介质品质要求不高、可无人值守全自动工作的特点，尤其适宜结合低沸点有机工质应用于低于350℃的低温、低压余热回收利用；而采用涡轮机占地小，效率高，造价低，特别适用于余热量较大的场合，常被国外同类系统所选用。

低温有机工质可选择R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷等工作介质，对于不同类型、不同温度的热源应当选取不同的工质，并且工质的优选也会影响到系统的运行效率。

技术水平国际先进应用前景目前余热利用技术受到各方面重视，我国余热资源多，用户需求量大，应用前景广阔。

采用低沸点有机工质作为热力循环的工质与低温余热换热，通过产生高压蒸汽推动螺杆膨胀机、汽轮机或其他膨胀动力机带动发电机发电，把大量废弃的余热转变为电力，节约了企业的电能消耗，提高了能源利用率，收到可观经济效益与环境效益。

现代商贸工业２０２０年第９期１９９㊀基金项目:西南科技大学城市学院２０１９年学科建设项目(校级)(２０１９X K J S ０３),项目负责人:刘东.作者简介:赵俊林,西南科技大学城市学院大三在读学生;秦虹(１９９１－),女,汉族,重庆人,硕士,助教,从事能源环境㊁工业节能㊁流动稳定性㊁制冷与热泵技术,风路结构优化等方面的研究(通讯作者).有机朗肯循环低温余热发电系统综述赵俊林㊀秦㊀虹(西南科技大学城市学院,四川绵阳６２１０００)摘㊀要:当下我国能源形势日趋严峻.我国有大量低温余热资源没有得到有效利用,包括太阳能㊁地热能㊁工业余热等低温余热资源.以工业余热为例,我国工业能耗的５０％左右没有得到利用,而是通过各种形式的余热直接排放.导致严重的能源和环境问题.在低温余热的研究中,学者发现,余热发电不仅可以实现余热资源的循环利用,而且有利于环境保护.现有的回收技术对低温余热资源回收率较低.因此,提出了有机朗肯循环低温余热发电(O R C )技术,以实现低温余热的有效利用,并提高能源利用率,改善环境问题,具有显著的社会效益和经济效益.介绍了有机朗肯循环发电的原理,有机工质㊁膨胀机㊁工质泵和换热器的优选,以及O R C 余热发电技术的发展前景.关键词:有机朗肯循环;低温余热回收;利用率;膨胀机的优选中图分类号:T B ㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀d o i :１０．１９３１１/j．c n k i ．１６７２Ｇ３１９８．２０２０．０９．０９５０㊀引言我国低温余热资源丰富,其中工业余热资源可回收率高达６０％,尤其是在钢铁㊁化工㊁石油与石化等行业.目前,我国余热资源回收利用率较低,大型钢铁企业余热利用率最高仅为５０％,提高余热利用率的潜力较大.１㊀有机朗肯循环发电系统简介有机朗肯循环发电系统(O r g a n i cR a n k i n eC yc l e ,简称O R C )主要由换热器㊁膨胀机㊁发电机和工质泵四部分组成.有机工质从蒸发器的余热中吸收热量,产生具有一定压力和温度的蒸气.推动膨胀机运转,推动发电机发电.膨胀机排出的废气将热量释放到冷凝器的冷却水中,冷凝成液态,最后在工质泵的帮助下返回换热器,完成一个热力循环,从而实现对低温余热的回收利用.图１所示为O R C 低温余热发电系统示意图.图１㊀有机朗肯循环低温余热发电系统示意图１．１㊀低温余热资源简介低温余热资源是指企业在生产过程中产生的热量没有得到有效利用.它具有分散性强㊁形式多样㊁产业分布不均㊁资源质量差异大等特点.低温余热可通过有机朗肯循环转化为机械能㊁电能加以利用,对降低企业能耗㊁减少不可再生能源消耗㊁环境保护具有重要意义.我国的低温余热资源总量巨大,余热主要来源于钢铁㊁水泥㊁玻璃㊁等工业余热,以及地热㊁生物质能㊁太阳能等可再生低温能源,节能潜力巨大.因此,加强低温余热资源的回收利用,不仅可以降低我国的能源消耗,还可以提高能源利用水平,而且有效解决了环境和生态问题.１．２㊀O R C 低温余热发电技术研究利用现状国外对于低温余热的研究开始于２０世纪７０年代,其中对O R C 系统进行研究的更早,早在２０世纪２０年代初期,就有人开始研究使用苯醚为工质的有机朗肯循环系统.总结了国外一部分O R C 系统设备生产商及相应的技术参数,研究发现比较适合用于３００ħ以下的余热热源.工业余热资源回收潜力和余热发电环保效应巨大,美国M T I 公司曾经建造了利用炼油厂为余热(１１０ħ)的O R C 系统,该系统运用单级向心透平,有机工质为R １１３,输出功率约为１１７４KW .O R MA T 公司和日本曾建造了以工业废热为热源的O R C 系统,最终取得了良好的社会和经济效益.太阳能有着资源丰富,对环境无任何污染的优点,缺点是太阳能具有即时性,不易保存,且能流密度低,热源温度低,但将太阳能和O R C 系统结合起来发电是具有可行性的.最具代表的是美国的S E G S ,总发电量达到３５４MW ,单系统的最大装机容量为８０MW ,是目前世界上最大的太阳能热电系统.烟气余热O R C 发电系统,在国内有辊道炉热空气工程管理与技术现代商贸工业２０２０年第９期２００㊀㊀低温余热O R C 发电项目,介质是从辊道炉排放的热空气,为了对企业多余热量的热空气加以利用,考虑了采用P u r eC y c l eO R C 低温发电机组回收该部分余热进行发电,这也促进了节能减排的进一步发展.美国O R MA T 公司是目前地热O R C 发电技术最为先进的公司,该公司大多数项目平均发电量都在１０MW 以上.但地热源缺点是存在钻探困难㊁水中矿物杂质难以分离等问题,我国西藏那曲地热电站采用了O R MA T 公司的设备,于１９９３年１１月正式投入生产,后因结垢问题严重未能正常运行,最终关停.２㊀有机工质的选择在O R C 低温余热发电系统中,有机工质的研究和选择是最重要的内容之一,因为有机工质的物理性质对热源的回收效率起着决定性的作用,并对系统组件的设计难度有重要影响.例如,工质的冷凝压力高,会导致密封系统设计难度高.由于O R C 系统回收的是低温余热,为了使工作介质在较低温度下汽化,应采用沸点较低的有机工作介质.同时,低沸点有机工作介质还应具有以下理想特性:低临界压力和临界温度,良好的干湿性能,低粘度,低表面张力,高循环效率,较高的安全性和环境友好性.在这一方面的研究就有:王怀信等人设计了以低温地热为热源的热电联产系统,并对不同工质展开了研究,最后推荐采用E －１７０,R－６００,R－１４１b 作为该系统工质.王辉涛等人运用热动力循环的分析方法,分析了１０种干流体有机工质,最后推荐R－２２７e a 为中低温地热发电O R C 系统的有机工质.不同的有机工质适合于不同的应用条件,因此不同文献推荐使用的有机工质也各有不同.国内研究根据各自情况采用较多的有机工质是R－２４５f a ㊁R－１２３和R－１３４a .３㊀设备选型３．１㊀工质泵的选择工质泵是O R C 低温余热发电系统的基本组成部分,是将冷凝器的低温低压液体有机工质经绝热增压后,高压输送到蒸发器入口的装置.作为一种成熟的产品,市场上有多种工质泵.研究发现,以下泵适用于O R C 低温余热发电系统:液压隔膜泵,具有压力高㊁适用于危险化学介质㊁维护简单等特点;立式离心泵采用变频调速㊁机械密封;多级离心泵可实现更高的扬程和设定压力;多级离心泵是在离心泵级内安装两台或两台以上具有相同功能的离心泵,相对于活塞泵等往复泵能输送更多的流量.３．２㊀膨胀机的选择膨胀机是O R C 余热发电系统中的核心设备,它是将蒸发器出口的高温高压的有机饱和蒸气的热能转化为机械能从而对外做功的设备.膨胀机按工作性质和结构的不同,可分为速度式和容积式膨胀机.速度式膨胀机适用于大流量场合,其输出功率和转速相应较高.小流量,大膨胀比的场合采用容积型膨胀机较为合适.现目前研究较多的是螺杆膨胀机和径流式透平膨胀机.螺杆膨胀机有较为成熟的工业应用,适合行业较多,目前我国已成功研制出了１０KW 和４０KW 的单螺杆膨胀机的样机.在国外代表厂家有GMK 和E l c t r a t h e r m 等.最后是径流式透平膨胀机,其等熵膨胀效率较高,可达８５％;密封性良好,应用范围广泛,有着流量大㊁装机功率大等特点.不足之处是价格昂贵㊁投资回收期长.３．３㊀发电机的选择一般O R C 发电系统选择使用异步电机,考虑因素是系统控制问题,异步电机对转速控制要求不高,在热源不稳定的情况下,电机对机组有较大工况的变化范围适应性较强.O R C 发电机组的装机容量和对电网的冲击较小,并网更方便,功率较大,运用范围更广.３．４㊀换热器的选择蒸发器和冷凝器统称为换热器,其作用和工作原理一样.在O R C 发电系统中换热器类型的选用对机组效率与经济技术性影响较大.现目前运用于O R C 发电系统的换热器有管壳式换热器和板式换热器,相对而言,管壳式换热器较平板式换热器运用更多,而板式换热器与常规的管壳式换热器相比,传热系数较高,在一定的范围内有取代管壳式换热器的趋势.４㊀结论本文介绍了有机朗肯循环发电系统的基本原理,分析了O R C 低温余热发电技术的现状,展开了对该系统设备选型,有机工质选择等方面的研究,现得出以下结论:(１)我国低温余热资源潜力巨大,回收利用率有待提升,O R C 发电技术市场潜力大.(２)目前国内O R C 低温余热发电技术发展空间很大,仍有多项关键技术需要解决.(３)不同的余热源所适应的条件也不同,要根据余热条件和需求,具体分析,综合利用,系统优化设计对于O R C 发电系统意义重大.(４)O R C 余热发电技术实现对低温余热的有效应用,提高能源的利用效率,改善环境问题,具有显著的社会和经济效益.(５)应多展开实验方面的研究,在成熟可靠的基础上加快O R C 发电技术的实际运用,早日并入电网,实现大规模的商业化运行,缓解我国传统能源发电的压力.参考文献[１]王大彪,段捷,胡哺松,等．有机朗肯循环发电技术发展现状[J ]．节能技术,２０１５,３３(０３):２３５Ｇ２４２．[２]C U O T a o ,WA N G H u a i x i n ,Z HA N G S h e n g j u n ．F l u i d sa n d p a Ｇr a m e t e r s o p t i m i z a t i o n f o ran o v e l c o g e n e r a t i o ns y s t e m d r i v e nb yl o w Ｇt e m p e r a t u r e g e o t h e r m a ls o u r c e s [J ]．E n e r g ,２０１１,３６(５):２６３９Ｇ２６４９．[３]王辉涛,王华,葛众．中低温地热发电有机朗肯循环工质的选择[J ]．昆明理工大学学报:自然科学版,２０１２,３７(１):４１Ｇ４６．。

低温余热发电（ORC）技术一、低温余热发电概述目前世界各国都非常重视能源的有效利用，一些发达国家能源利用率都在50%以上，美国的能源利用率已超过60%，而我国只有30%左右。

我国能源利用率低的一个重要原因就是低温余热能源没有得到充分利用。

低温热源泛指温度小于250℃但大于80℃的热源，包括工业过程废热、太阳能、海洋温差、地热等。

在工业领域中，一般低温余热指的是200℃以下的工业生产过程产生的余热气、冷凝水、热水; 150℃以下的气体以及锅炉、工业加热炉的排烟气等热量。

由于这部分余热其品位较低，回收系统初期投资大，回收期长，因此，在相当长的一段时间里低温余热资源都没有引起足够的重视。

低温余热发电是通过回收钢铁、水泥、石化等行业生产过程中排放的中低温废烟气、蒸汽、热水等所含的低品位热量来发电，是一项变废为宝的高效节能技术。

该技术利用余热而不直接消耗能源，不仅不对环境产生任何破坏和污染，反而有助于降低和减少余热直接排向空中所引起的对环境的污染。

由于低温余热发电大部分利用的是温度小于150℃的热源，此时传统的以水(蒸汽)为循环工质的发电系统由于产生的蒸汽压力低，导致发电效率较低，无法产生经济效益。

在低温余热发电中多采用有机工质（如R123、R245fa、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷等）作为循环工质。

由于有机工质在较低的温度下就能气化产生较高的压力，推动涡轮机（透平机）做功，故有机工质循环发电系统可以在烟气温度200℃左右，水温在80℃左右实现有利用价值的发电。

二、 ORC发电原理及流程有机朗肯循环(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。

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。