有机朗肯循环发电(ORC)技术的应用发展

Construction&Design ForProjeci

有机朗肯循环发电(ORC)技术的应用发展

Application Development of Organic Rankine Cycle Power

Generation(ORC)Technology

臧全忠，蒋醇潇

(上海凯盛rr能工程技术有限公司，上海200001)

ZANG Quan-zhong,JIANG Chun-xiao

(Shanghai Triumph Energy Conservation Engineering Co.Ltd.,Shanghai200001,China)【摘要】有机朗肯循环发电技术(ORC-OrganicRankineCycle)的发明填补了纯低温余热发电技术(朗肯循环发电技术)的不足，为回收利用低温余热提供了技术支持，对提高能源利用率、节能减排、保护环境具有重要的意义论文分析ORC技术的应用背景，介绍ORC系统，探讨ORC技术的优势及市场前景，为相关人员提供参考

[Abstract]The invention of organic Rankine cycle power generation technology(ORC-Organic Rankine Cycle)fills the deficiency of p ure low temperature waste heat power generation technology(Rankine cycle power generation technology),which provides technical support for the recovery and utilization of low temperature waste heat,and is of great significa ncc to improve energy efficiency,save energy and reduce emissions,and protect the environment.This paper analyzes the application background ofORC technology,introduces ORC system,discusses the advantages and market prospects of O RC technology,and provides references for relevant personnel.

【关键词】有机朗肯循环；低温余热；余热利用

[Keywords]organic Rankine cycle;low temperature waste heat;waste heat utilization

【中图分类号】TM617【文献标志码】A【文章编号】1007-9467(2019)10-0098-02

[DOI]10.13616/j.cnki.gcjsysj.2019.10.244

1引言

因能源利用和环境问题的矛盾日益突出，如何提高能源利用率，减少能源的使用，成为当今最为关注的问题之一。除提高工业设备的综合能源利用率外，工业生产过程中产生大量的余热是不可避免的,工业用能中近60%~65%的能源转化为余热资源，其中，温度低于300t以下的余热约占余热总量的50%,利用和回收这部分余热资源对于减少能源利用和减少环境污染具有重要的意义。我国的余热利用经历了近30年的发展和创新。高温余热已基本全部利用,但较低温余热由于受当前技术水平的、投资收益和国家等因素的影响，还没有得到充分开发和回收利用。国内夕卜学者经历了近40多年的研究、试验，发明了有机朗肯循环,用有机朗肯循环发电【作者简介】臧全忠(1976-),男,山东沂水人,工程师，从事余热回收研究。

98技术回收低温余热被证明是一种切实可行、有效的回收技术。

有机朗肯循环是一种新型的发电技术，与传统低温发电技术相比.具有系统简单、自动化程度高、无人值守、占地面积小、免维护等特点。在国外已广泛被接受并应用于工程实例,在国内,是各节能环保公司，装备厂商积极进行储备和开发的技术,在低温余热、余压领域，有机朗肯循环发电必将成为一种趋势，前景广阔。

2应用背景

余热属于二次能源，是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后剩余的热量。

余热资源按照物质形态划分,主要分为高冲、低温烟气,矿渣余热，冷却介质余热,可燃气体余热，冷凝水余热及化学反应余热等。

余热按照温度划分:高温余热(>6001C)冲温余热(300-600t);低温余热(<300r)o

根据划分显示，余热资源中,>300七的余热绝大部分得以回收利用,<3oor的余热由于传统的低温发电技术效率低等技术。目前,只是在有条件的地区用来加热给水、供暖、加热物料等，并受季节、地区的影响。部分得以回收利用，利用程度较低。

3ORC系统介绍

ORC发电技术循环原理与传统的发电技术循环原理类似，但有一个重要的区别，传统发电介质采用水蒸气作为工质,ORC发电采用高分子有机介质作为工质，所以工质特性将主导整个发电系统的结构及效率。系统循环共由4部分组成:绝热膨胀、定压冷却、绝热加热和定压加热，相对应的主要设备为透平机、冷凝器、工质泵和蒸发器。

绝热膨胀:余热产生的中高温导热油或蒸汽、热水等在蒸发器中力除并蒸发有机工质,蒸发器产生的高压有机蒸汽，有机蒸汽在透平中绝热膨胀做功，推动透平、发电机做功，产生清洁电力。

定压冷却:汽轮机排出的低温、低压有机蒸汽进入加热器加热工质,在冷凝器中被冷凝成液体。

绝热加压:被冷凝成液体的工质，在工质泵中绝热加压至高压液体，进入加热器中进行预热。

定压加热：经过加压，预热的有机工质在蒸发器中被加热，蒸发至高压有机蒸汽。

有机工质经过绝热膨胀、定压冷却、绝热加压、定压加热四个过程,完成发电的一个闭式循环。

有机工质常选用R123、R245fa、R134a、R152a、氯乙烷、丙烷、正丁烷、异丁烷等，在余热发电系统中,不同温度的热源应该选用不同的工质。

在环保方面，大多数工质对臭氧层都具有不同程度的破坏能力，甚至造成温室效应的加剧,所以根据环保性能的评价指标,ODP(臭氧消耗潜值)和GWP(全球变暖潜值)来综合选择工质。

4ORC技术优势及市场前景

4.1ORC发电技术优势

ORC发电技术优势包括：(1)对较低温度热源的利用有较高的循环效率;(2)非常高的汽轮机效率;(3)自动彳慌度高,简单的启停控制，一键启停;(4)自动连续运行，无人值守;(5)负

工业工程设计

Industrial Engine e r ing D e s ign 荷适应广,最低可带10%的负荷安全可靠运行;(6於却水用量少;(7)维护费用低;(8)橇式结构，安装快捷.占地面积小。

4.2应用现状

自20世纪80年代第一台ORC机组的投入商业运行，经过不断完善、创新，技术发展异常迅速，已经非常成熟。由于其自动化程度高、无人值守、冷却水量小等特点，在欧美等发达国家，受到普遍认可，不但应用在低于300T的低温余热，在300-600^的中温余热中、太阳能、生物质能、地热等新能源中也有广泛的应用,至今已有超过2.0xl06kW投入运行。

与国外相比,国内对ORC的研究开发相对较晚,各大学和科研机构都在进行着不同程度的研究和试验，技术还处于开发阶段。在工程应用方面，需要解决高效透平机的国产化制造难题,降低整体造价成本。目前,核心设备透平膨胀机还依赖进口, ORC发电整体投资较高,回收期较长,较低的投资收益,所以还没有得到广泛的应用。

4.3应用前景

余热利用遵循梯级利用的原则，要对余热资源进行评估，首先考虑余热直接利用的方式,如加热物料、加热空气、加热给水等;然后再考虑余热间接利用，如余热发电。对250-300^以下的余热,部分余热用来加热物料、力除给水、加热空气、供暖,但大部分余热都没有得到回收利用,直接排放,ORC发电不受地区环境的影响，完全可以将该部分余热进行回收发电。5结语

ORC发电技术利用有机工质低沸点的特性，在低温情况可获得较高的有机蒸汽压力，推动汽轮机做功,从而将低品位热能转换为高品位电能或机械能。根据余热梯级利用的原则，ORC发电适用于余热温度在80-300%：的范围，填补了300P 以下低品位余热资源的利用空白，为最大程度地充分回收余热提供了技术支持。大量的低温资源为ORC发电提供了巨大的市场潜力。

【参考文献】

[1】韩中合，于一达，王智，等.低温有机朗肯循环的工质选择及系统性能分析卩].汽轮机技术,2013,55(4):261-2.

【2】王华,王辉涛.低温余热发电有机朗肯循环技术[M].北京:科学出版社,2010.

【收稿日期】2019-09-06

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