有机朗肯循环(ORC)中低温余热发电与工业余热利用

低温余热发电(ORC)综述

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。虽然有大量的文献介绍了有机郎肯循环的设计、工质选择，但是多数是基于实验、理论和小型机组上。

低品位余热回收利用改造的应用

摘要：工业生产过程中存在大量被废弃的90℃~150℃之间的低品位废热，通过有机朗肯循环（ORC）发电系统，将低品位余热转换为高品位电能，达到节能降碳的目的。

关键词：低品位余热；余热发电；有机朗肯循环（ORC）发电；

1引言

随着我国科技的进步，生产工艺的日渐提升，目前已有较为成熟的中温、高温废热的余热利用技术，例如水泥、钢铁等企业的高温烟气回收发电技术已走向工业化。但低品位余热利用却并不广泛，存在回收难度大、经济效益差等问题。而工业生产过程中被废弃的90℃~150℃之间的低品位废热却大量存在，例如碳氢化合物分馏后的冷凝、天然气长输管道燃压机组废热；锅炉的排烟余热；以及钢铁行业的转炉电炉的气化冷却工艺，烧结的排放废气等等。甚至有的生产企业夏季与冬季的能源使用量的不同，造成大量的低温热源的直接放空。

如果能将低品位的余热加以利用，对提高我国能源利用效率，改善大气环境质量有着显著的作用。

2低品位余热简介

相对于煤炭和天然气等高品位能源而言，低品位余热是品位低、热值低、浓度小，且不被人们重视的废热能源。

3低品位余热回收利用的应用

某企业年综合能耗消耗量大，为国家重点用能单位，企业工艺生产过程中产生大量低压饱和蒸汽，蒸汽进入装置前温度为165℃，压力0.7MPa，装置反应热为260℃左右，通过降温、加湿后装置产生大量低品位余热蒸汽，蒸汽温度125℃，压力0.2MPa，该该部分能源目前在夏季通过溴化锂机制冷产生7°左右的冷水供装置使用，低温天气时利用于空调加热，其余部分降至常温后返回工艺塔，余热利用率偏低。

针对生产过程中所产生的低品位蒸汽，提出余热发电的改造方案。

4余热发电工艺选择

综合对比各余热发电技术，ORC有机朗肯循环技术（透平膨胀机组）具有安全、稳定、可靠、自动化程度高、运营成本低、使用寿命长等优点。

表1 各余热发电工艺对比表

工艺项目凝汽式汽轮发电机组螺杆蒸汽膨胀发电机组 ORC有机朗肯循环

ORC低温余热发电技术

ORC（Organic Rankine Cycle）低温余热发电技术是一种基于有机工质的热力循环系统。其基本原理是通过将废热能源加热有机工质，使其蒸发成为高温高压的蒸汽，然后利用蒸汽驱动涡轮发电机产生电能。在发电过程中，蒸汽通过冷凝器冷却成为液态，再经过泵送回加热器进行循环利用。

首先，ORC低温余热发电技术具有适应性强的特点。它能够利用温度范围在80℃至300℃之间的低温余热能源，如钢铁、化工、电力等行业产生的废热。与传统的蒸汽发电相比，ORC技术的适用范围更广泛。

其次，ORC低温余热发电技术具有环境友好的特点。在发电过程中，工质采用的是有机物质，具有低的排放和环境污染风险。同时，ORC技术的发电效率较高，能够充分利用废热能源，减少能源浪费和环境污染。

再次，ORC低温余热发电技术具有经济性优势。废热是一种能源资源，通过利用废热发电可以降低企业的能源成本，提高能源利用率。同时，ORC技术相对成熟，投资成本相对较低，回报周期相对较短，极大地增加了其在实际应用中的经济性。

最后，ORC低温余热发电技术的应用前景广阔。随着能源需求的增长和环境保护的要求，利用低温余热进行发电已经成为一种重要的能源储备和环境保护手段。而ORC技术在利用低温余热方面具有独特的优势，被广泛应用于电力、制造业、化工等领域。

总的来说，ORC低温余热发电技术能够通过利用废热能源进行发电，具有适应性强、环境友好、经济性优势和应用前景广阔的特点。在今后的发展中，随着技术进步和应用范围的拓宽，ORC低温余热发电技术有望在能源行业产生更大的社会经济效益。

orc余热回收工作原理

一、引言

随着工业的发展，工业生产过程中产生的余热问题也日益凸显。为了提高能源利用效率，减少能源浪费，人们开始寻找各种方法来回收和利用这些余热。其中，orc余热回收技术成为一种较为常见且有效的方法。本文将详细介绍orc余热回收工作原理及其应用。

二、orc余热回收技术概述

orc(有机朗肯循环)是一种利用有机工质作为工作介质的循环系统，可以将高温余热转化为可用能源的技术。orc余热回收技术利用了有机工质的特性，将低温余热转化为机械能，进而输出电能或其他形式的能量。

三、orc余热回收工作原理

1. orc循环系统

orc循环系统主要包括热源、orc发电机组以及冷源三个部分。热源负责提供高温余热，orc发电机组用于将热能转化为机械能，而冷源则用于回收发电过程中的余热。

2. orc发电机组

orc发电机组由主轴、发电机、变速器和冷却器等部件组成。主轴通过传动装置与发电机相连，将机械能转化为电能。变速器用于调节主轴的转速，以适应不同工况下的发电需求。冷却器则负责降低发电过程中产生的热量，确保系统的正常运行。

3. 工作原理

orc余热回收系统的工作原理可以简单描述为以下几个步骤：

(1) 高温余热输入：热源通过传热系统将高温余热传递给orc发电机组。

(2) 有机工质加热：高温余热使得有机工质蒸汽化，蒸汽的压力和温度随之升高。

(3) 膨胀过程：高温高压的有机工质蒸汽通过喷嘴进入膨胀机，膨胀机将蒸汽的动能转化为机械能，推动主轴旋转。

(4) 发电过程：主轴的旋转带动发电机产生电能。

(5) 冷却过程：发电过程中产生的余热通过冷却器散发出去，降低有机工质的温度。

(6) 有机工质回收：有机工质经过冷却后变为液态，再次进入热源进行循环利用。

四、orc余热回收技术的应用

orc余热回收技术在多个领域有着广泛应用。以下是一些典型的应用场景：

1. 钢铁行业：钢铁生产过程中产生大量高温余热，利用orc余热回收技术可以将这些余热转化为电能，降低能源消耗。

orc低温余热发电原理

小伙伴们！今天咱们来唠唠ORC低温余热发电这个超酷的事儿。

你知道吗？在咱们的工业生产或者日常生活里啊，有好多热量就那么白白浪费掉了，就像把宝贝扔到了垃圾桶，多可惜呀。这ORC低温余热发电呢，就像是一个聪明的小魔法师，能把这些低品位的余热变废为宝。

那它到底是咋做到的呢？这得从它的工作介质说起。ORC系统用的工作介质可不像咱们平常看到的水那么普通哦。它是一些特殊的有机工质，这些有机工质就像是一群活泼又听话的小精灵。为啥要用它们呢？因为这些有机工质的沸点比较低，在低温的情况下就能欢快地沸腾起来。

想象一下，那些被浪费的余热就像一个小火炉，虽然温度不高，但是也有热量呀。这些热量就会去温暖那些有机工质小精灵。当有机工质被加热到一定温度的时候，它们就开始沸腾啦，就像锅里的水烧开了一样咕噜咕噜的。这一沸腾可不得了，它们就变成了蒸汽。这个蒸汽可不像咱们烧水冒出来的蒸汽那么简单，它可是带着能量的呢。

然后啊，这些带着能量的蒸汽就开始撒欢儿啦。它们冲进一个叫透平机的东西里面。这个透平机就像是一个小风车，蒸汽冲进去就会让它呼呼地转起来。就好像是一群调皮的孩子在推那个小风车，让它不停地转呀转。透平机一转起来，就会带动发电机。这发电机呢，就像是一个魔法盒，把透平机的机械能转化成了电能。哇塞，是不是很神奇呢？从那些被人看不上眼的余热，就这么变成了可以供咱们使用的电。

而且哦，这些完成使命的蒸汽小精灵也没有被抛弃。它们从透平机出来之后呢，就会进入一个冷凝器。冷凝器就像是一个冷静的大管家，把那些蒸汽小精灵又变回了液态的有机工质。这就像是让玩累了的孩子休息一下，重新变回安安静静的样子。然后呢，这些重新变回液态的有机工质又会被送回到开始的地方，等着下一次被余热加热，就这样循环往复，不停地把余热变成电。 ORC低温余热发电在好多地方都能大显身手呢。比如说在工厂里，那些机器运转产生的余热，以前只能无奈地散发到空气中，现在有了ORC系统，就可以发电啦。还有在一些地热资源丰富的地方，虽然地热能的温度可能不是特别高，但是ORC系统也能把它利用起来。这就像是给大自然的能量找了一个新的工作岗位，让它们可以为人类做更多的贡献。

orc有机朗肯循环计算

有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle，ORC）是一种热力循环过程，通常用于从低温热源中产生电力。它是一种类似于蒸汽轮机循环的能量转换过程，但是使用有机工质（如烷烃、酮类或氟化碳化合物）而不是水作为工质流体。有机朗肯循环通常用于利用低温余热、太阳能、地热或工业废热等低品位热源来产生电力。

有机朗肯循环的基本工作原理是通过将有机工质加热至其沸点，使其蒸发成为高压蒸汽，然后利用高压蒸汽驱动涡轮发电机来产生电力。随后，通过冷凝器将高压蒸汽冷却成液态，再次输送至加热器循环利用，形成闭合的循环过程。

有机朗肯循环的优点之一是它可以在较低的温度下运行，这使得它适用于许多能源资源的利用，如地热、太阳能和工业废热。此外，有机工质通常具有较低的沸点，这意味着它们可以在相对低的温度下蒸发，从而提高能源利用效率。

然而，有机朗肯循环也面临一些挑战，比如有机工质的选择需要考虑其环境友好性和安全性，以及循环系统的设计需要考虑到工质的性质和循环过程的稳定性。此外，有机朗肯循环的效率受到很多因素的影响，包括工质的选择、循环参数的优化以及系统的热损耗等。

总的来说，有机朗肯循环是一种重要的能源利用技术，它在低温热能资源的利用和能源可持续发展方面具有潜在的应用前景。随着对清洁能源和能源高效利用的需求不断增加，有机朗肯循环技术的发展和应用将继续受到关注和重视。

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。

有机朗肯循环低温余热发电系统综述

龙源期刊网

有机朗肯循环低温余热发电系统综述

作者：赵俊林秦虹

来源：《现代商贸工业》2020年第09期

摘要：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、地热能、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（ORC）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、膨胀机、工质泵和换热器的优选，以及ORC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;膨胀机的优选龙源期刊网

中图分类号：TB ; ; 文献标识码：A ; ; ;doi：10.19311/ki.1672-3198.2020.09.095

0 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、化工、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。

1 有机朗肯循环发电系统简介

有机朗肯循环发电系统（Organic Rankine Cycle，简称ORC）主要由换热器、膨胀机、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溫度的蒸气。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ORC低温余热发电系统示意图。

有机朗肯循环低温余热发电系统综述 2

有机朗肯循环低温余热发电系统综述

引言

在工业生产过程中，大量的热能会以余热的形式排放到环境中，造成了能源的浪费。这些废热也可能对环境造成影响。利用余热进行发电，不仅可以提高能源利用效率，还可以减少对环境的影响。有机朗肯循环低温余热发电系统正是一种利用余热发电的新型技术，本文将就有机朗肯循环低温余热发电系统的原理、特点、应用及发展前景进行综述。

一、有机朗肯循环低温余热发电系统的原理

有机朗肯循环低温余热发电系统是利用有机朗肯循环技术，将低温余热转化为电能的一种系统。其原理是利用有机朗肯循环工质和低温热源之间的温差来驱动发电机发电。有机朗肯循环是将有机工质置于一个封闭的循环系统内，利用热能的输入和排出来驱动涡轮机进行发电的一种循环系统。当有机工质受热使得蒸汽压升高时，蒸汽压推动涡轮机工作，从而带动发电机发电；而在冷凝器中，有机工质又被冷却再次变成液态，完成循环。有机朗肯循环低温余热发电系统是通过这样一个闭合的循环系统，将低温余热转化为电能。

二、有机朗肯循环低温余热发电系统的特点

1. 低温工作：有机朗肯循环低温余热发电系统的工作温度低，通常在100°C以下。这使得这种系统可以有效利用那些传统热能利用技术无法利用的低品位热能资源，如煤矿瓦斯、生活污水、工业废热等。

2. 环保高效：有机朗肯循环低温余热发电系统的工作过程无需核心机械设备如大型锅炉或锅炉，排放的废气和废水相对较少，具有较高的环保性。由于其低温工作特点，利用的低品位热能资源不会与食品、药品等高温生产过程相冲突，环保性较好。

3. 经济效益：有机朗肯循环低温余热发电系统具有投资少、成本低、回收期短等特点，从经济角度来看很有吸引力。

4. 可操作性强：有机朗肯循环低温余热发电系统的操作比较简便，不需要特别复杂的操作程序，管理维护成本低。

三、有机朗肯循环低温余热发电系统的应用

分析有机朗肯循环低温余热发电系统综述

摘要：余热发电是我国节能发展中的重点节能工程之一，目前在我国工业领域中存在着大量的低温余热资源，但因缺乏一定的利用从而导致能源被分散。而有机朗肯循环在面对低温余热发电系统时，可有效达到能源再利用、节能减排、美化环境的效果。在低温余热发电领域中，目前可利用有机朗肯循环模式进行余热发电系统的运行。其中有机朗肯循环包括膨胀机、冷凝器、低压储液器、工质泵、预热器、蒸发器，以及润滑系统等部分组成。有机朗肯循环原理为：以低沸点有机物作为工作介质，经预热器、蒸发器加热，吸收了热源的能量，由液体变为高温气体。进入膨胀机，在转子基元容积内，气体膨胀对外做功，驱动发电机旋转发电。工质变为低压、低温的气体，再经冷凝器冷凝为液体，通过储液器进入工质泵，经过工质泵加压后，重新回到预热器和蒸发器吸热，如此往复循环。因为是热力系统的原因，所以膨胀机的轴功率输出、冷凝器负荷、预热器蒸发器负荷会因冷热源条件的变化而变化。

关键词：有机朗肯；循环；低温余热；发电；系统

引言：目前随着节能减排工作的不断深入，低温余热资源的利用成为目前节能工作的首选。根据调查显示，我国低温余热资源非常丰富，特别是在化工、工业领域中存在大量的低温余热，可回收率达到80%以上。因此，利用有机朗肯循环发电系统对低温余热进行回收，进而充分回收用能设备与化学反应设备中产生的未被回收的低温余热。有机朗肯循环系统是利用低沸点工质为循环介质，其主要是利用余热、换热器、冷凝器等进行的。在有机工质进换热器时可吸收热量，进而形成一定的压力与温度的饱和液体状态，在蒸发器再次吸收热量变成饱和气态工质推动膨胀机运行，做工后的有机乏气（工质）返回储液器循环利用，可实现回收低温余热的效果。由此可见，有机朗肯循环低温余热发电系统在我国有着较强的应用价值。本文主要分析有机朗肯循环低温余热发电系统的特点，并提出目前利用现状，以供参考。

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有机朗肯循环低温余热发电系统阐述