有机朗肯循环低温余热发电系统的分析与优化
基于有机朗肯循环的余热利用系统研究
基于有机朗肯循环的余热利用系统研究摘要：介绍有机朗肯循环技术原理及其在余热利用中的优势，阐述该技术国内外研究现状与趋势，提出了发展ORC余热发电技术的建议。
我国余热资源总量丰富，尤其是工业领域。
该热量数量大、品味低，基本不能被生产过程再利用［1,2］o回收利用工业生产过程中各类余热，即有助于解决我国能源问题，乂能有效减少工业生产过程中的环境污染，具有十分重要的现实意义。
国内外针对低温热能利用的研究主要开始于20世纪70年代石油危机时期。
其中，以有机朗肯循环的硏究和应用最为广泛。
口前，全球已有2000多套ORC装置投入运行，并能生产出单机容量14000RW的ORC发电机组⑶。
H前，对低温热能发电系统的研究主要集中在以下儿个方面：工质的热力学特性和环保性能，混合工质应用，热力循环优化等［4,5,6,71c一、有机朗肯循环技术图1有机朗肯循环系统示意图在进行中低温余热回收利用时，热源温度较低已不适合以水为工质。
这时我们考虑釆用沸点较低的有机工质驱动热力循环，即有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle）o 在较低温度下，该循环采用的低沸点有机物质（或混合物）能从废弃余热中吸收热量加热成为高压气体，驱动旋转机械做功将余热能转化成电能，借以回收利用不同温度范围的低温余热，简称ORC发电技术。
有机朗肯循环发电技术可利用的低品位热能主要有以下儿种形式［8］：1）工业余热，温度一般小于400°Co工业能耗占社会总能耗的80%左右，其中大部分的能量未被完全利用，以余热的形式散失；2）地热，温度一般小于过200°C。
地热水温度多在饱和状态附近，以地热蒸汽或者地热水的热源形式加热有机匸质，驱动系统循环作用。
山于热源温度较低, 其总系统效率也偏低，我国目前勘测发现的地热田多属热水型；3）太阳能。
太阳能资源分布广阔，取之不尽是理想的热源。
但曲于能量密度低，昼夜及季节性变化较大，需配备相应的集热及储热装置。
低沸点工质的有机朗肯循环纯低温余热发电技术
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。
有机朗肯循环低温余热利用技术研究综述
有机朗肯循环低温余热利用技术研究综述有机朗肯循环是一种利用低温余热发电的技术，其原理是利用有机工质在低温下蒸发产生蒸汽，然后通过涡轮机驱动发电机发电。
该技术具有高效、环保、可持续等优点，因此受到了广泛关注和研究。
有机朗肯循环技术的研究历史可以追溯到20世纪50年代，但直到近年来，随着环保意识的提高和能源需求的增加，该技术才得到了更广泛的应用和研究。
目前，有机朗肯循环技术已经在一些工业领域得到了应用，如钢铁、化工、纸浆等行业，取得了良好的经济效益和环境效益。
有机朗肯循环技术的研究主要涉及以下几个方面：1. 工质的选择。
有机朗肯循环技术的核心是有机工质的选择，不同的有机工质在不同的温度下有不同的蒸发性能和热力学性质，因此需要根据具体的应用场景选择合适的有机工质。
目前常用的有机工质包括R134a、R245fa、R123等。
2. 循环系统的设计。
有机朗肯循环技术的循环系统包括蒸发器、涡轮机、冷凝器等组成部分，需要根据具体的应用场景和工质的性质进行合理的设计。
循环系统的设计涉及到热力学、流体力学等多个方面的知识。
3. 系统的优化。
有机朗肯循环技术的系统优化是提高其经济效益和环境效益的关键。
系统的优化包括工质的优化、循环系统的优化、控制策略的优化等多个方面，需要综合考虑经济、环保、可持续等因素。
4. 应用领域的拓展。
有机朗肯循环技术的应用领域正在不断拓展，除了传统的工业领域，还可以应用于农业、建筑、交通等领域。
例如，在农业领域，可以利用有机朗肯循环技术提高温室的能源利用效率；在建筑领域，可以利用有机朗肯循环技术提供建筑物的制冷和供暖等服务。
总之，有机朗肯循环技术是一种具有广泛应用前景的低温余热利用技术，其研究涉及到多个方面的知识和技术，需要综合考虑经济、环保、可持续等因素。
随着技术的不断发展和应用领域的不断拓展，有机朗肯循环技术将会在未来得到更广泛的应用和推广。
低温烟气有机朗肯循环
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在工业生产过程中，大量低温烟气余热资源被浪费，通过有机朗肯 循环技术回收利用这些资源，可以提高能源利用效率。
有机朗肯循环技术
作为一种高效、环保的能源利用技术，有机朗肯循环技术在低温烟 气余热回收领域具有广阔的应用前景。
低温烟气有机朗肯循环简介
工作原理
低温烟气有机朗肯循环利用低温烟气余热资源，通过有机工质在蒸发器内吸收热量并蒸发 ，然后在膨胀机内做功，驱动发电机发电。做功后的乏汽在冷凝器内冷凝成液体，通过工 质泵升压后回到蒸发器，完成一个循环。
04
实验研究与结果分析
实验装置与实验方法
实验装置
搭建了一套低温烟气有机朗肯循 环系统，包括蒸发器、膨胀机、 冷凝器和工质泵等主要部件。
实验方法
通过模拟低温烟气的热源条件， 对系统进行性能测试，记录并分 析系统在不同工况下的运行数据 。
实验结果与数据分析
系统性能参数
实验结果表明，系统在低温烟气热源 条件下能够稳定运行，输出功率和热 效率等性能参数达到预期目标。
参数优化与性能预测
参数选择
分析影响低温烟气有机朗肯循环系统性能的关键因素，如工质类型、 系统结构、操作条件等，选择合适的参数进行优化。
优化方法
采用遗传算法、粒子群算法或模拟退火算法等优化方法，对选定的 参数进行优化设计，以提高系统性能。
性能预测
基于优化后的参数组合，利用数值模型对低温烟气有机朗肯循环系 统的性能进行预测，为实际应用提供理论支持。
03
系统设计与优化
系统总体设计
循环流程设计
系统安全性考虑
根据低温烟气特性和有机工质性质，设 计合理的循环流程，包括蒸发器、膨胀 机、冷凝器和工质泵等主要部件。
低温地热有机朗肯循环的设计和非设计优化程序
低温地热有机朗肯循环的设计和非设计优化程序低温地热能源是指地热水温度低于150°C的地热资源。
这种地热资源虽然温度较低，但可以作为可持续能源来进行利用。
其中一种常见的利用方式是采用有机朗肯循环（ORC）来转化为电力。
有机朗肯循环利用有机工质作为介质，将低温热源中的热能转化为机械能，再经过发电机转化成电能。
这个过程与传统燃煤火电站类似，只不过将燃煤换成了地热能。
ORC技术的优点是工作介质不冻结，可以在低温环境下稳定运行。
同时，对环境污染更小。
设计一个低温地热有机朗肯循环系统需要考虑的因素很多。
比如，需要考虑地热水的温度、流量和化学成分等。
因为地热水中含有很多杂质，所以还需要考虑清洁度等因素。
设计出来的系统，还需要考虑经济性和可靠性。
如果成本太高，可能就无法形成可持续的商业模式。
如果可靠性太低，也不能实现长期稳定的发电。
为了进行系统设计和优化，需要开发专门的计算程序。
这些程序可以计算出最适合的工作流体、涡轮进口温度和转速、换热器的大小等参数。
此外，这些程序还可以通过模拟不同的操作条件，评估系统的性能。
通过计算机模拟，还可以确定有哪些设计更加经济。
这些计算程序一般采用计算机编程语言进行编写。
开发这种程序需要有熟练的计算机编程技能和对有机朗肯循环以及地热能源的基本原理有所了解。
此外，还需要经过大量的试验和数据积累，来验证程序的有效性和准确性。
这一过程需要耗费大量的时间和精力。
通过低温地热有机朗肯循环的设计和优化程序，可以实现对低温地热能源的高效利用，不仅减少了对传统化石能源的依赖，而且对环境规划和节能减排有积极的影响。
此外，该技术还可以为地热能源的开发提供了有力的技术支持和坚实的发展保障。
低温余热发电有机朗肯循环技术(王华,王辉涛著)PPT模板
2.4有机工质余 热锅炉的一般热
力特性
2.5低温余热发 电有机朗肯循环 系统的冷端形式
2.6低温余热发 电有机朗肯循环
*分析
A
B
C
D
E
F
第2章低温余热发电有机朗肯循环原理及一般特性
2.1低温余热的特性
2.1.1余热介质物性 参数的计算方法
2.1.2余热所具有的 能量
2.1.3低温余热烟气 的腐蚀性
3.3.3混合工质 气液相平衡的计 算
第3章有机朗肯循环 工质的选择及物性
3.4工质迁移性质的计算方 法
1
3.4.1动力黏度的计算
2
3.4.2导热系数的计算
0
5
第4章有机工质管内流动沸腾换热
第4章有机 工质管内流 动沸腾换热
4.1管内流动加热的换热过程 4.2有机工质管内对流换热 4.3有机工质管内流动沸腾换热的实验研 究
第2章低温余热发电有机朗肯循环原理及一般特性
2.2低温余热发电有机朗肯循环的原理与组成
01
2.2.1有机朗肯循环的原理与组 成
02
2.2.2纯工质有机朗肯循环的类 型
0 3 2.2.3低沸点混合工质有机朗肯循环
第2章低温余热发电有机 朗肯循环原理及一般特
性
2.3有机朗肯循环中余热锅炉的类 型与特点
第3章有机朗肯循环工质的选择及物性
3.2纯工质热力性质计算方法
3.2.1PR状态 方程
3.2.2纯工质导 出参数的热力学
关系式
3.2.3PR状态方 程求解及气液相
平衡计算
第3章有机朗肯循环工质的选择及物性
3.3混合工质热力性质计算方法
01
3.3.1混合工质 PR状态方程及 混合规则
水泥厂有机郎肯循环低温余热发电系统原理解析
Ｏ ： ， （ － ｈ ４ ）
（ ６ ） 式
在此过程 中 ， 蒸发器存在着不可避免的能量损失 ， 其损失 率计算公式如下 ：
一
（ ７ ）式
在公式 （ ７ ）中 ，ｓ 则为工质在通过工质泵出口后的熵值 ，
图２ Ｏ ＲＣ循环 Ｔ — Ｓ图
Ｔ Ｈ 代表着蒸发器 中热源的平均温度 。
５） 有机朗肯循环低温余热发电系统的净输出功率有如下公
式 ：
Ｗ ＝ ｒ 口
（ ８） 式
热 力 学定 律的效 率如 下表 示 ：
ｒ ／ ｉ ： ×１ ００％
（ ９） 式
Ｑ
热力 学第 二定 律的效 率如 下表 示 ：
Ｗ ｈ ｅ ｔ ×ｌ ０
…
） 式
余热利用率为 ：
２ ０ １ ３ 年第 １ ２ 期总第１ ３ ２ 期
Ｓ－ Ｌ－ Ｃ０Ｎ ＶＡＬＬＥ Ｙ
画
水泥厂有机郎肯循环低温余热发电系统原理解析
张 凯
（ 山西省 电力公 司 ， 山西 太原 ０ ３ ０ ０ ０ １）
摘 要 本 丈对有 机 朗肯低 温 余热发 电 系统 的基 本原理 进 行 了分析 和研 究 ， 重点对 其 组成 结构和 工质 进行 了解 析 。 关 键 词 有机朗肯循环 ； 低温余热 ； 工质 中圈 分类 号 ： Ｔ Ｑ １ ７ ２ 文献标 识码 ： Ａ 文章编 号 ： １ ６ ７ 卜７ ５ ９ ７（ ２ ０ １ ３ ）１ ２ － ０ ０ ６ 卜Ｏ ２
在公 式 （ ４）中 ，ｈ 和ｓ 分 代 表 着 工 质 在通 过 冷 凝 器 后 在 其 出 口焓 值 、熵值 ； Ｔ 则为冷却源的平均温度。 ３ ） 在３ — ４过 程 ， 其 为加 压的 过程 ， 在 这 过程 中工 质泵 所 做 功为 如下 ：
ORC低温余热发电系统的变工况特性研究
ORC低温余热发电系统的变工况特性探究摘要：随着工业化的不息进步，大量低温余热能的浪费与排放成为了一个严峻的环境问题。
有机朗肯循环（ORC）低温余热发电系统的开发被认为是解决这一问题的一种有效途径。
本文通过试验探究了ORC低温余热发电系统在不同工况下的性能特点，并对其变工况特性进行了深度分析。
关键词：ORC低温余热发电系统、变工况特性、效率、能量利用1. 引言低温余热能是指工业生产过程中产生的温度低于正常室温的废热，它的有效利用对于提高能源利用率、缩减环境污染、节约能源具有重要意义。
ORC低温余热发电系统以其高效率、节能环保的特点，成为了低温余热能利用的热点探究领域。
2. ORC低温余热发电系统的基本原理ORC低温余热发电系统是将低温余热能通过传热器转化为高温的有机工质，再通过有机朗肯循环实现热能转化为电能的过程。
其基本组成包括热源、传热器、膨胀机、冷凝器和泵等。
3. 试验方法本文设计了一套试验装置来探究ORC低温余热发电系统的变工况特性。
试验过程中，通过改变传热器的供热温度、供热流量、冷凝温度等参数，采集了相应的试验数据。
4. 试验结果和分析4.1 不同工况下的效率通过试验记录和数据分析，我们得到了ORC低温余热发电系统在不同工况下的效率曲线。
发现系统效率随着供热温度的增加而增加，在一定范围内随着供热流量的增加而增加，而冷凝温度对系统效率的影响较小。
4.2 变工况下的能量利用在试验过程中，我们发现系统在部分工况下存在能量利用率低的问题。
通过分析其原因，我们发现传热器的传热效果是影响能量利用率的关键。
进一步试验探究发现，通过改变传热器的结构或接受先进的传热技术，能够显著提高能量利用率。
5. 总结通过对ORC低温余热发电系统的变工况特性进行探究，本文得出了以下结论：（1）供热温度对系统效率影响较大，应尽可能保持较高的供热温度；（2）改变传热器结构或接受先进的传热技术能够显著提高能量利用率；（3）不同工况下的系统性能存在差异，需要依据实际工况进行优化设计。
低温余热发电有机朗肯循环技术
低温余热发电有机朗肯循环技术1. 引言嘿，大家好！今天我们来聊聊一个听上去有点高大上的话题——低温余热发电的有机朗肯循环技术。
别被这个名字吓到了，其实它的原理就像做菜一样，简单却又充满了创意。
你有没有想过，生活中那些被我们忽视的热量，竟然可以变成电？这就像在厨房里，随手一捡就能做出一道美味的佳肴。
走吧，我们一起去探探这项技术的神秘面纱。
2. 低温余热的来源2.1 什么是低温余热？首先，咱们得明白什么是“低温余热”。
简单来说，就是那些在工业生产中或是生活中产生的热量，温度一般在100℃以下，听起来是不是很普通？但是，这些热量如果用得当，可是能为我们带来不少电能。
就像是你家里的热水器，烫得发热，但如果只让它热水，不让它做点别的，那真是白白浪费了。
2.2 余热的应用场景那么，这些余热都来自哪儿呢？想象一下工厂的烟囱、汽车的排气管、甚至你那杯刚泡好的热茶，都是余热的潜力股。
可惜的是，很多时候这些热量就像个小孩子，虽然有潜力，却没人好好引导。
我们就需要像是有机朗肯循环技术那样，给这些热量找个好归宿，真是个聪明的主意呢！3. 有机朗肯循环的工作原理3.1 循环过程好，现在我们来聊聊有机朗肯循环的工作原理。
别担心，听起来复杂，其实就像是在做一场热量的“游乐园”之旅。
首先，我们有一个热源，这就是我们的低温余热。
它通过一个热交换器，把热量传递给一种特殊的有机液体。
说到这里，可能有人会问：“这有机液体到底是什么？”哈哈，简单说，它就是个能在低温下“嗨”的好东西，像个爱玩水的孩子。
3.2 发电过程当这个有机液体吸收了热量后，就会开始变成气体，像气球一样鼓起来。
这时候，气体会推动涡轮，涡轮转动就能发电。
听起来是不是很神奇？就像是把一团热气变成了电流，真是太酷了！而且，循环结束后，这些气体又会冷却，重新变回液体，整个过程就这样循环往复，就像是我们生活中的每一天，有起有落。
4. 技术的优势与挑战4.1 优势那么，这项技术有什么好处呢？首先，利用低温余热发电，可以有效提升能源利用效率。
低温余热回收有机朗肯循环技术
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）。
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有机朗肯循环低温余热发电系统的分析与优化马新灵，魏新利，孟祥睿（郑州大学化工与能源学院，河南郑州450001）摘要：应用热力学第一定律和第二定律对有机朗肯循环低温余热发电系统进行了热力计算、能量分析和火用分析。
为了提高系统的性能，以R245fa为工质，针对120℃左右的热源，在给定工况下用Aspen Plus软件对系统流程进行模拟和优化。
研究结果表明：降低膨胀机入口工质的过热度，提高膨胀机入口工质的压力，改进设备在膨胀机后加装回热器都能提高系统的热效率和火用效率，同时降低系统的不可逆性。
关键词：有机朗肯循环；余热回收；分析；优化Analysis and Optimization of ORC for Low-temperature Waste Heat Power Generation Abstract:This paper presents energy analysis, thermodynamic calculation and exergy analysis for waste heat power generation system of Organic Rankine Cycle based on the first and second laws of thermodynamics. In order to improve system performance, for low-temperature waste heat of 120℃and R245fa organic working fluid, using Aspen Plus software conducted simulation, optimization and improvement. Results from these analyses show that decreasing the expander inlet temperature, increasing inlet pressure of the expander, and adding regenerative heater can increase thermal and exergy efficiencies , at the same time reduce system irreversibility. Key words: Organic Rankine Cycle, waste heat recovery ,Analysis, Optimization1.引言大量工业过程产生的低温余热资源不能被有效地回收利用，不仅浪费了能源，还使得热污染成为了严重的环境问题。
用有机朗肯循环可以很好地解决这一问题，它可以用有机工质将低温余热回收后进行发电。
有机朗肯循环的基本原理与常规的朗肯循环类似。
两者最大的区别是有机朗肯循环的工质是低沸点、高蒸汽压的有机工质，而不是水。
有机朗肯循环系统由蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵组成，如图1所示。
工质在蒸发器中从低温热源中吸收热量产生有机蒸气，进而推动膨胀机旋转，带动发电机发电，在膨胀机做完功的乏气进入冷凝器中重新冷却为液体，由工质泵打入蒸发器，完成一个循环。
主要可以用于有机朗肯循环发电的热源有工业废热、地热能、太阳热能、生物质能等。
有机朗肯循环主要的优势在于它能很好地回收低温到中温废热。
一些典型的工业废热源包括：钢铁工业的高炉热温气体，燃气轮机的排气和柴油发动机的尾气，陶瓷工业窑炉排出的高温气体，造纸和纸浆工业的高温液体。
这些低品位的工业废热占整个工业生产热量的50%以上[1,2]。
图1 有机朗肯循环余热发电系统原理图Figure 1. A simple schematic of a Organic Rankine Cycle2.热力过程和分析本研究利用的热源是120℃左右的工业废热，根据前人的研究[3~7]使用R245fa（五氟丙烷，CF3CH2CHF2）这种干性有机物质做工质。
热力学模型的假定如下：1）稳定状态条件，2）蒸发器、冷凝器以及管道中没有压降，3）膨胀机和泵中按等熵效率。
有机朗肯循环的温熵图如图2所示的1-2-3-4-5-6-1，由四个热力过程组成，各部件的热力过程及能量分析如下（以单位质量工质为基准）：图2 R245fa 为工质的ORC 系统的温-熵图 Figure 2. T-s diagram of ORC for R245fa2.1. 蒸发器中的等压吸热过程（4-5-6-1）。
有机工质在蒸发器中被余热流预热、蒸发、汽化，工质吸收的热量为：q h h =- （1） 出的功为：()12,12t t ideal t s t w h h w h h ηη=-==- (3)该过程的火用损失为：021()t I T s s =-（4） 2.3. 冷凝器中的等压放热过程（2-3）。
由膨胀机排出的乏气进入冷凝器被循环水冷凝，工质放出的热量为：q h h =- /kJ kg （5） 2.4. 工质泵中的压缩过程（3-4）。
冷凝后的液体工质进入储液罐，通过工质泵升压并送至蒸发器，外界对工质做的功为：(),4343p ideals p ppw h h w hh ηη-===- /k J k g（7） 该过程的火用损失为：()043p I T s s =- （8） 2.5. 循环的热效率为：()1124311414()t p s t s pnet cycle w w h h h h w q hh h h ηηη-----===-- （9） ()()11243114()11s t s p netex L L H H h h h h w T T q h h T T ηηη----==⎛⎫⎛⎫--- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（11） 上述式中，h 1、h 2s 、h 2、h 3、h 4、h 4s 分别为各状态点的比焓值，kJ/kg ；s 1、s 2、s 3、s 4分别为各状态点的比熵值，kJ/(kg ·K)；T 0、T H 、T L 分别为环境、高温热源、低温热源的温度，K ；w t,ideal 、w p,ideal 分别是理想状态下膨胀机的输出功和泵的耗功，kJ/kg ；ηt 、ηp 分别是膨胀机和泵的等熵效率。
3.用Aspen Plus 软件对系统进行模拟和优化3.1用Aspen Plus 软件对系统流程进行模拟为了找到合适的工况条件，使该ORC 余热发电系统取得较好的热效率和火用效率，使用Aspen Plus 软件对系统流程进行模拟和优化，采用PENG-ROB 物性计算方法进行模拟计算。
图3为用该软件建立的实验模型， B1、B2、B4、B5分别为蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵。
图3 有机朗肯循环的Aspen Plus 流程图Figure 3. Flow chart of ORC为了便于分析，余热源选用120℃的导热油代替，导热油的摩尔成分为联苯（C 12H 10）26.5%：联苯醚（C 12H 10O ）73.5%。
冷凝器中的冷却介质选用环境温度下的水，入口水温为20℃；膨胀机入口压力p 1= 0.5 MPa ，出口压力p 2= 0.15MPa ；膨胀机的等熵效率ηt =0.7，泵的等熵效率ηp =0.92。
蒸发器的热负荷按目前实验台的板式换热器的额定热负荷，取为7.9kW 。
图4为膨胀机的输入参数截面。
用Aspen Plus 软件得到的模拟结果如表1所示。
图4膨胀机的输入参数Figure 4. Input parameters interface of the expander表1 ORC 系统的模拟结果Table 1. Simulation results of ORC system设备名称 工质温度t /℃ 工质流量/(kmol/h) 能量/kW 入口 出口 蒸发器 25.5 79.7 0.90 7.9 膨胀机 79.7 57.2 0.90 0.5524019 冷凝器 57.2 25.3 0.90 -7.3588351 工质泵25.325.50.900.00875671 6.88%7.97.9net cycle q η==== 10.543645227%202737.911120273net ex L H w T q T η===+⎛⎫⎛⎫-- ⎪⎪+⎝⎭⎝⎭可以看出，系统的热效率和火用效率都较低。
可以从工质参数和装置结构上对该循环系统进行优化和改进。
3.2系统的优化3.2.1膨胀机入口过热度对系统性能的影响由模拟结果可知，膨胀机入口工质的温度为79.7℃，而0.5MPa 的工作压力下对应的饱和温度为63.1℃，工质的过热度达16.6℃。
R245fa 为干工质，在膨胀机中膨胀做功后不会冷凝为液体，因此不需要太高的过热度。
在工质流量0.90kmol/h 不变的情况下，通过减少在蒸发器中的吸热量q 1来降低过热度，得到表2所示的结果。
表2 膨胀机入口工质过热度对系统性能的影响 Table 2. Effect of the expander inlet temperature on systemperformance吸热量q 1/kW 膨胀机入口温度/℃ 膨胀机做功/kW 泵功/kW 热效率 火用效率7.9 79.7 0.552 0.0087567 6.88% 27.01% 7.8 76.7 0.546 0.0087567 6.89% 27.06%7.773.70.5403738 0.00875676.90%27.10%7.6 70.7 0.5342854 0.0087567 6.91% 27.15%7.5 67.7 0.5281458 0.0087567 6.93% 27.20%7.4 64.6 0.52195350.0087567 6.94% 27.24%可见，随着吸热量的减小，膨胀机入口工质的过热度减小，虽然工质在膨胀机中的做功量减少，但由于在蒸发器中的吸热量也随之减少，循环的热效率和火用效率都不断升高。
研究表明[8~10]，为了减少整个系统的不可逆性，有机工质应在饱和状态下工作。
3.2.2膨胀机入口压力对系统性能的影响在蒸发器的热负荷为7.9kW ，环境温度保持20℃，膨胀机出口压力不变的情况下，提高入口压力，即增大压缩比，得到表3所示的结果。
为了消除过热度的影响，令膨胀机入口的工质为饱和蒸气状态。
表3 膨胀机入口压力对系统性能的影响 Table 3 Effect of the expander inlet pressure on systemperformance压力 bar工质流量kmol/h膨胀机入口温度/℃ 膨胀机做功/kW泵功/kW热效率火用效率5.0 0.968 63.1 0.5577 0.00946.94% 27.31% 5.5 0.956 66.6 0.5967 0.0106 7.42% 29.15% 6.00.94669.90.63170.01187.85%30.84%可见，在其它条件不变的情况下，入口压力越高（即膨胀机的压比越大）循环的热效率和火用效率就越高。