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
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。
低温余热有机工质朗肯循环概要
工质选择
工质选择的原则：(1)化学稳定性好；(2)具有较低的 臭氧破坏性和温室效应；(3)传热性能好；(4)价格低廉； (5)无毒、不可燃、不可爆 国内研究根据各自情况采用比较多的工质是R245fa、 R123和R134a。
工质选择
—— 冷凝温度 冷凝温度（℃） R245fa 40 冷凝压力（Mpa） 0.25
接触式机械密封
缺点 1. 结构较复杂，对制造加工要求高； 2. 安装与更换比较麻烦，要求工人有一定的安装技术水 平； 3. 发生偶然事故时，处理比较困难；
非接触式机械密封
干气密封
非接触式机械密封
干气密封旋转环旋转时，密封气体 被吸入动压槽内，由外径朝向中心， 径向分量朝着密封堰流动。由于密 封堰的节流作用，进入密封面的气 体被压缩，气体压力升高。在该压 力作用下，密封面被推开，流动的 气体在两个密封面间形成一层很薄 的气膜，此气膜厚度一般在3微米 左右。气体动力学研究表明，当干 气密封两端面间的间隙在2—3微米 时，通过间隙的气体流动层最为稳 定。当气体静压力、弹簧力形成的 闭合力与气膜反力相等时，该气膜 厚度十分稳定。
排烟温度，℃ 100～300 400～550 350～550
设备名称 干法水泥窑 氧吹平炉 炼锌烟化炉 炼铜反射炉 镍精炼炉 氧气顶吹转炉
排烟温度，℃ 600～800 700～1100 1000～1100 1100 ～1300 1400～1600 1650～1900
＞400
650～900 260～600 排烟余热
国内行情
工程应用： （1）目前国内ORC仅应用于西藏地热发电，采用以色列 ORMAT的ORC透平 （2）包钢烟气ORC发电，正处于试运行阶段，由西安交 大程代京教授带领的团队开发
有机工质朗肯循环余热发电技术
螺杆膨胀机的基本构造
螺杆膨胀机是一种依据容积变化原理工作的 双轴回转式螺杆机械。它的结构与螺杆压缩机 基本相同，主要由一对螺杆转子、缸体、轴承 、同步齿轮、密封组件以及联轴节等零件组成 ，结构简单，其气缸呈两圆相交的“∞”字形 ，两根按一定传动比反向旋转相互啮合的螺旋 形阴、阳转子平行地置于气缸中。
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Depart. Thermal Energy & Refrigeration Eng.
螺杆膨胀机的应用
●螺杆膨胀机的输出功率可以在5kW～1000kW之间，弥补了蒸 汽轮机单机功率不能太小的空间。
●对于有压力的余热流体，可直接利用螺杆膨胀机 ●对于<250℃的无压力的余热流体，利用有机工质朗肯循环螺杆
膨胀机系统。 ●有机工质朗肯循环螺杆膨胀机系统。还可以用到太阳能、地热
能等中低温可再生能源发电项目中去。 有机工质循环螺杆膨胀机系统用于低温余热回收利用，有广阔
的技术发展空间。
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Depart. Thermal Energy & Refrigeration Eng.
螺杆膨胀机作为余热回收动力机，具有的技术特点
第四届全国余热回收再利用技术与产业发展研讨会
有机工质朗肯2.24 深圳
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Depart. Thermal Energy & Refrigeration Eng.
▪技术应用背景介绍 ▪有机工质朗肯循环余热发电原理 ▪ 螺杆膨胀机简介及技术特点 ▪ 研究状况 ▪有机工质朗肯循环余热发电系统 ▪经济效益和环境效益 ▪总结
（1）螺杆膨胀机适用于过热蒸汽、饱和蒸汽、汽水两相流 体、（带压）热水及无压热流体的动力机械，可以回收 不同种类的工业余热；
（2）螺杆膨胀机还适用于高盐份的强碱流体，能除垢自洁 ，而且结垢有利于提高机器效率，因而对余热流体品质 要求不高，扩大了应用范围；
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
ORC低温发电技术及需求
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。
低温热能发电ORC技术--昆明理工大学王辉涛
T0
T
C Pi
0
Px dT R M ln i T P0
C Pi dT
0
循环工质的选择及物性研究
混合工质的汽液相平衡 xi
l i
y i
v i
(1 i n)
归一化方程， yi 1 x
i 1
i 1
n
n
i
1
混合规则中的二元相互作用系数kij反映了混合物中两种分子间的相互作用及非理想 作用的特性，是混合工质热力性质计算的关键参数，其准确度直接影响到物性计算结果 的精度。一般kij需由混合工质的大量pVTx实验数据采用适当的目标函数和最优化算法得 出，这妨碍了对众多混合工质的研究，降低了热力学的预测能力。为此，对二元体系我 们采用kij的经验公式，对多元体系采用kij差值关联模型。 Z ci Z cj 2 Tci Tcj 2 k ij 1 二元混合工质相互作用系数kij经验公式 Tci Tcj
from turbine outlet (or internal heat exchanger)
from turbine outlet (or internal heat exchanger)
from turbine outlet (or internal heat exchanger)
water-cooled condenser
ORC系统的主要优点：
• • • 构成简单; 具有较高的效率; 缩小透平尺寸;
•
• • •
简化蒸汽发生器的结构；
装机容量可大可小，在几kW-1万kW范围内均具较高效率; 在寒冷地区的冬季，能最大限度利用冷、热端的温差高效运行; 能使系统中各点的压力均高于或与外界大气压接近，防止空气漏人;
有机朗肯循环中低温余热发电技术.43页PPT
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
有机朗肯循环中低温余热发电技术.
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因ຫໍສະໝຸດ 它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
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29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
谢谢！
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ORC低温余热发电技术专题汇报
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。
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科普文| ORC技术简介——张雄波| 节能减排，节能增效，节能环保
ORC技术简介 ( 科普 )
ZhangXB 2017 一、有机朗肯循环概念
有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，简称ORC)利用有机工质低沸点的特性。
在低温条件下有机工质被加热即发生蒸发，工质汽化后获得较高的蒸气压力，推动膨胀机做功，从而将低品位热能转换为高品位的机械能和电能。
因此，有机朗肯循环发电技术，是一项将工业生产过程中产生的中低品位余热加以回收利用，转化为高品位电能的节能减排技术。
二、发电机组技术原理
ORC发电机组由有机工质、蒸发器、透平膨胀——发电一体机、冷凝器、工质泵、发电控制系统和并网系统等几部分组成。
ORC机组详细原理如下： （1）高温流体吸收工业余热后，进入蒸发器加热有机工质，有机工质在蒸发器中被加热为高压蒸气（状态点1）；
（2）高压蒸气进入透平膨胀做功，成为低压蒸汽（状态点2），带动发电机产生电能；
（3）膨胀后的低压蒸气进入冷凝器，被冷却为低温低压工质流体（状态点3）；
（4）工质流体通过增压泵升压后（状态点4）再次进入蒸发器，经加热达到饱和液态、饱和气态、过热气态（状态点1），从而完成整个循环。
图1 有机朗肯循环ORC发电机组原理图
有机朗肯循环发电机组工作的关键过程是：中低温余热加热有机工质成为蒸汽→有机工质蒸汽驱动涡轮透平做功→发电机向外输出高品质电能。
因此，涡轮透平---发机一体机是ORC发电机组的核心设备。
其中透平最主要的部件是叶轮，具有沿圆周均
匀排列的叶片，被安装在透平轴上。
流体所具有的能量在流动中经过喷管时转换成
动能，流过转子时流体冲击叶片，推动转子转动，
从而驱动透平轴旋转。
透平轴经齿轮传动带动发电
机工作，输出电能。
图2 涡轮透平结构图整机发电机组图示如下所示：
三、整个ORC发电系统组成
整个ORC发电系统包括四部分：热水回路(红色管路)、有机工质回路(绿色管路)、冷却水回路(蓝色管路)、电网(黄色部分)。
ORC发电系统组成如下图所示。
图3 向心涡轮透平有机朗肯循环发电系统示意图
1)热水(余热资源)在图示红色管道内流动，进入机组的蒸发器，将热量传递
给机组内的工质，热源水温度江都并离开蒸发器，送入 后续工艺；
2)工质在图示品绿色管道内往复循环流动。
液态工质进入蒸发器，吸收热源的热量，成为饱和或过热蒸汽，进入涡轮透平机，热能转化为机械能，同时带动发电机向外输出电力。
过热蒸汽工
质随后进入冷凝器，被冷却水冷却成为液体，进入工质泵。
工质泵驱动工质周而复始流动。
3)冷却水在图示蓝色管道内流动。
冷却水在水泵驱动下，进入机组的冷凝器，
对工质流体进行冷却。
冷却水温度升高并离开冷凝器，送入冷却塔将热量
散至大气环境。
4)发电机发出电能，并入电网使用。
四、ORC适用热源条件
五、应用范围
ORC发电机苏可将工业生产过程中产生的中低温余热进行回收，并转化为高品质电能。
ORC涡轮透平膨胀技术可利用90~300℃的低温热源进行发电，热电转换效率处于行业领先水平。
涡轮透平是目前该领域内效率最高的低温发电技术。
这一技术可广泛用于石化、钢铁、水泥、建材、玻璃、陶瓷、化肥、化工等高能耗行业的余热回收发电，应用形式包括：工艺热媒水余热回收发电、工艺物料余热回收发电、工艺乏汽或放散废蒸汽余热回收发电、工业窑炉烟气余热回收发电等。
也可以推广到可再生能源如地热发电、太阳能光热发电和生物质发电等系统中。
工业应用与非工业应用如下所示。
图4 有机朗肯循环ORC 发电市场应用
六、ORC发电技术 国家政策
ORC发电技术 国家政策
我国“十三五”将加快推进工业节能，重点推进煤炭、电力、钢铁、有色、石油石化、化工、建材、轻工、纺织等13个行业节能减排，加快节能减排技术推广应用，加大对工业余热的综合梯级利用。
国家在大型环保及资源综合利用设备、 余能回收利用领域突破重大关键节能技术、重点节能低碳技术推广、节能与能效提升技术创新、工业余能深度回收利用及提高工业余能回收利用效率、提升节能技术装备供给水平、有序推进地热发电等方面逐步重视，不断出台政策予以大力支持。
☐《重大技术装备自主创新指导目录》，2012
☐《中国石化科技部“炼厂低温余热有机工质发电技术开发”》，2014
☐《重大节能技术与装备产业化工程实施方案》，2014
☐《国家重点节能低碳技术推广目录（2014年本，节能部分）》，2014
☐《国际“双十佳”最佳节能技术和实践清单（节能技术）》，2015
☐《国家重点节能低碳技术推广目录（2015年本，节能部分）》，2015
☐《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》，2016
☐《可再生能源发展“十三五”规划》，2016
☐《“十三五”节能环保产业发展规划》，2016
☐《国家重点节能低碳技术推广目录（2016年本，节能部分）》，2016
☐《地热能开发利用“十三五”规划》，2017。