科普有机朗肯循环（ORC）发电技术

一、技术原理

有机朗肯循环系统是由蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质循环泵组成，如下图所示。

有机工质在蒸发器中从低温热源中吸收热量产生有机饱和或过热蒸气，蒸气推动膨胀机旋转，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，完成一个热力循环。

对于低品位的焓热，ORC技术与常规的水蒸气朗肯循环相比有很多优点。最显著的特点是，相对于水蒸气而言，有机工质的沸点低，在压力不高（0.2~1.5MPa），温度较低（100℃、甚至40~50℃）就可以汽化为蒸气，从而可以将原来废弃的低品位热能再生后以电能的形式输出。有机工质在回收显热方面也有较高的效率，由于朗肯循环中显热和潜热二者的比例不相等，而ORC系统中显热的比例较大，因此采用该技术要比水蒸气的朗肯循环可回收较多的热量。下图为水（a）和有机工质（b）的朗肯循环温-熵图。

二、工质

如何选择工质使其技术可行、经济性好，并且符合环保要求，是低温余热发电技术的重要问题之一。

1、工质在循环过程中的压力不能过高，也不能太低，必须在装置抗压性和密封性允许的范围之内。

2、尽量选择干性工质，以保证透平工作的安全性，也可以使系统的效率提高。

3、考虑工质的传热性、流动性、稳定性、可燃性、毒性、价格等因素，选择最合适的有机工质。

三、换热器

蒸发器和冷凝器的本质都是换热器，它们的换热效率是影响系统整体效率最重要的因素之一，所以换热器性能的优化是提高循环性能的重要途径。提高换热器效率的核心是减小换热过程的不可逆损失，减小换热温差。

从设备上考虑，可以增加换热器换热面积、合理地设计换热器的结构、采用换热系数更高的材料等；从工质角度考虑，可采用换热好的有机物工质，同时尽量使工质的加热过程与热源温度变化过程相配合，从而减少换热温差。

四、膨胀机选择

膨胀机是ORC系统中最主要的部件，它将有机工质的热能转化为机械能，从而带动发动机得到电能。按照工作原理和构造的不同，膨胀机分为速度式膨胀机和容积式膨胀机。

速度式膨胀机，其基本原理是利用喷嘴和叶轮将高温高压气体转化为高速流体，然后再将高速流体的动能转化为旋转机械地轴功。这种类型的膨胀机通常适用于大流量场合，其输出功率较高，同时转速也相应较高。速度式膨胀机通常是各种膨胀透平，如多级轴流蒸汽轮机、燃气轮机、向心透平等。善能生态集团与长江动力集团联合推出的ORC发电系统就是采用的向心透平，目前在工业余热和煤矿瓦斯处理方面取得了实质性应用，是国内为数不多的将透平ORC技术应用到现场的案例。

容积型膨胀机，其基本原理是将蒸汽的热能转化为工质容积的变化，从而对外做功。这种类型的膨胀机一般比较适合小流量、大膨胀比的场合，活塞式膨胀机、涡旋膨胀机、螺杆膨胀机等都属于容积式膨胀机。

五、工质泵

工质泵是将来自冷凝器的低压液体工质增压后输送到压力相对较高的蒸发器入口。一般选择可以连续计量的液压隔膜泵。

泵的液力端借助于隔膜组成工作腔，以隔膜周期弹性变形来代替活塞的往复运动的泵叫隔膜泵。隔膜泵的活塞通过柔性膜片把能量传送给流体，由于流体与活塞没有接触，也可以用来输送易磨损或有腐蚀性的液体。

六、总结

低品位热源种类繁多，包括太阳热能、各种工业余（废）热、地热、生物质能、海洋温差等可再生资源。这些资源总量巨大，以工业废热为例，人类所利用的热能中有50%最终以低品位废热的形式直接排放。通过ORC低温余热发电技术来利用和回收这部分能源，既有助于解决我国的能源问题，又能减少能源生产过程中的环境污染。

我公司专注于ORC余热发电项目开发，有兴趣的可以咨询vx15223563680

誉 发表于 2020-5-13 13:58
我公司专注于ORC余热发电项目开发，有兴趣的可以咨询vx15223563680

楼上的多大功率的ORC？

tcdlb 发表于 2021-02-03 08:51


楼上的多大功率的ORC？

目前国内最大装机功率7MW

本人从事低温余热发电近20年，同行业的人可以相互交流学习。不管是蒸汽朗肯循环还是有机朗肯循环。此外，在磁悬浮永磁ORC发电方面有丰富的设计和应用经验。欢迎骚扰。可以发邮箱：rainsword925@163.com.