ORC发电简介

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ORC低温余热发电在制氢装置中的运用

ORC低温余热发电在制氢装置中的运用摘要：笔者首先对ORC技术的发展状况进行了说明；其次对ORC发电制氢装置的基本工作原理进行了详细的阐述，最后论述了ORC低温余热发电在制氢装置中的可靠性，为节能减耗奠定了夯实的基础。

关键词：ORC技术；低温余热；制氢装置引言有研究表明，利用工业余热发电可以能够促进低温热能源的循环使用。

本文以工业烟气余热回收子系统的发电装置为例，对ORC技术在制氢装置的相关方面进行简要分析，以此来给同行带来相关建议和意见。

1.ORC技术发展和利用情况分析1.1国外ORC技术发展状况结合国内外ORC技术的实际应用以及相关研究可以得出，ORC技术除了应用在低温余热发电系统之外，还广泛应用于余热发电装置和压缩机的直接连接，相关生产人员利用其工作原理进行蒸汽式的制冷操作，并结合CHP及吸附式的制冷系统结合起来，进而提高组织效率。

大量的数据显示，ORC技术已在地热、工业余热、生物质能以及太阳能领域都有了研究成果。

例如，在1978年，日本某企业的地热发电系统采用先进的ORC技术工艺，该电力设备的总容量可达1MW；法国的某公司结合电力推进装置和5台双燃料发电机，成功的研制出在船上使用的低温余热发电装置设备，随后以色列、意大利的相关企业均利用轴式的汽轮机对电力装置进行低温余热发电，技术相对成熟，工作效率明显的得到提升。

在各项生产技术都飞速发展的大时代背景之下，截至2012年为止，全球已经研发出了600多台ORC发电装置，装机功率接近2005MW,初步实现了工业余热以及地热发电能源技术水平的综合利用[1]。

1.2国内ORC技术分析我国的ORC技术与世界相比，相对缓慢，很多技术研究成果都必须依靠外国的技术融合，科研人员自主研发能力相对较差。

直到1993年，藏北那曲地热电站初步建立，该发电系统装机容量为1MW,主要依托以色列ORMAT公司的双工质有机朗肯循环机组系统组建，地热温度为1105℃。

那时，国内著名的上海交通大学、浙江大学以及西安交通大学虽然具备实验条件，但是相关研究还是缺乏实践性，主要依靠理论知识支撑，与实际工程研究还存在较大的高度。

ORC螺杆膨胀发电机组

2008年单位GDP能耗（元/元）按国家或地区排名
排名
国家或地区
单位GDP 能耗
排名
国家或地区
单位GDP 能耗
1
中国香港
0.0673
7
以色列
0.1570
2
瑞士
0.1009
8
新加坡
0.1570
3
日本
0.1121
100
南非
0.8186
4
丹麦
0.1234
102
印度
0.8411
6
英国
0.1234
104
中国大陆
用户：福建某化工溶液有限公司机型：PD280/Q4螺杆膨胀机组热源：低压水蒸气原工艺：直接排放至大气现工艺：低压水蒸汽，通过蒸汽型ORC 螺杆膨胀发电机组，产生~260kW电能后冷凝为冷凝水后再排放。
余热利用解决方案
低压蒸汽余热回收发电工程实例
用户：山西某化工厂机型：PF710/Q8.5螺杆膨胀发电机组热源：低压水蒸气原工艺：直接排放至大气现工艺：低压水蒸气，通过2台蒸汽型螺杆膨胀发电机组，产生2*590kW电能后冷凝为冷凝水，循环再利用
ORC螺杆膨胀机
利用热源加热制冷剂产生压力，推动膨胀机做功发电
ORC螺杆膨胀发电机组
ORC螺杆膨胀发电机组
ORC（Organic Rankine Cycle）——有机工质朗肯循环其实质是利用余热与环境温度之间的温差，余热热源加热有机工质产生压力，将热能转化为压力能，推动膨胀机做功，带动发电机输出高品位的电能，回收中低品位热能。
有色冶金工业余热
我国有色冶金行业的余热占60%，其中烟气余热占80%，中、低温烟气余热的回

ORC基本理论

ORC的基本理论
1、ORC的发展
2、ORC的系统构成及原理 3、ORC的特点 4、目前国内外研究应用现状 5、ORC应用领域 6、ORC投资估算 7、ORC、汽水朗肯循环、kalina循环的比较 8、十二五简介及发展实施规划
ORC的发展
ORC的定义：ORC（Organic Rankine Cycle）——有机物朗肯循环是以有机物代替水作为工质，回收中低品位热能的朗肯动力循环
动力循环的初参数，但是终参数的提高及冷凝系统设备的
复杂化，也对其应用带来了不利影响。
发电量比较：通过比较可知：当汽轮机进口压力高于 6MPa时，Kalina才体现出发电优势商用Kalina循环工作压力一般7-8 Mpa，即：理论上，Kalina发电量可以达到9000—10000kW 实际上，蒸汽循环发电量可保证7000kW以上
ORC应用领域
工业余热：钢铁、水泥、化工有色金属冶炼等温度范围70~300℃，废气，废水
产能5000t/d水泥生产线，尚未利用的150℃左右余热烟气（如窑尾电收尘器入口），新增发电量1000kW，提高发电量10%-12%，690余条（2010）；
在冶金和钢铁企业，可回收钢铁企业的冲渣废热水（80-90℃），可以为每个企业带来MW级的电能；在电力行业，存在许多需要减温减压的蒸汽，如锅炉连排水余热回收潜力巨大；有色金属冶金，电解铝低温烟气。
国外发展历程：研究最早始于1924年 70年代石油危机的爆发，国外进行了大量的研究九十年代后期至今，开始广泛工程应用：以色列Ormat，美国UTC 国内发展历程：最早始于80年代，天津大学，双螺杆膨胀机 80年代——二十世纪末，仅有少数高校，进行理论研究
二十一世纪，大量高校开始理论研究，热工专业老牌名校具备实验能力工程应用尚属空白，仅西藏地热发电，采用Ormat的ORC技术

低温热能发电ORC原理

Contents
1 研究背景 2 中低温热能有机朗肯循环原理 3 循环工质的选择及物性研究 4 膨胀设备的选择 5 有机工质的传热及其强化 6 有机朗肯循环热力系统优化设计方法 7 有机朗肯循环样机的研制
有机朗肯循环原理
(一)单级ORC循环
有机工质蒸汽发生器
工质加压泵
低温余热发电ORC系统原理图
预测方法具体较高的精度，从而提高了PR方程的推算能力，确保了ORC循环性能预测的
可靠性。
Contents
1 研究背景 2 中低温热能有机朗肯循环原理 3 循环工质的选择及物性研究 4 膨胀设备的选择 5 有机工质的传热及其强化 6 有机朗肯循环热力系统优化设计方法 7 有机朗肯循环样机的研制
膨胀设备的选择
循环工质的选择及物性研究
➢液态定压比热尽量低。Cpl越低，饱和液线越接近垂直，工质的吸热过程也接近等熵线，循环也越接近卡诺循环，易取得较高效率。
➢工质的换热及流动性能。一般尽量选用对流换热系数高、粘度较低、流动阻力小的循环工质。
➢价格、成本要求。循环工质应廉价、易购买。换热设备及管路系统的设计要尽量减少工质的充灌量。 ➢工质的选择应在对系统性能进行全面分析与优化的原则下进行，且不同的评价指标所优选的工质会有不同。一般，在热源温度较低时，尽量选择干流体或等熵流体，且以饱和蒸汽进膨胀机，此时单位热源质量流量输出功率最大。
Contents
1 研究背景 2 中低温热能有机朗肯循环原理 3 循环工质的选择及物性研究 4 膨胀设备的选择 5 有机工质的传热及其强化 6 有机朗肯循环热力系统优化设计方法 7 有机朗肯循环样机的研制
循环工质的选择及物性研究
（一）工质选择的注意事项

ORC发电技术与应用

临界压力 (MPa) 11.333 3.796 3.64 3.37 3.378 4.4076 3.3922 3.257 4.1361 3.6618 3.6243 4.0593
安全分类
B2 A3 A3 —— —— A1 A1 A1 A1 B1 A1 A1
环境友好 (是/否) 是是是
——
—— 否否否否是否是
3.2 奥玛特 (Ormat)公司ORC装置
3.3 新型一体化ORC设计示意
气轮发电机组完全封闭,包含向心式透平,感应式发电机（ 3 相电压）和离心式工质泵。 ORC系统的全部旋转部件都安装在一根轴上,并在一个壳体内。机组垂直布置,透平位于底部,工质泵和轴承位于顶部,发电机在中间,位于两个径向轴承之间。其特点是发电机利用泵和上轴承逸出的工质液体自由落下润滑、冷却;发电机和轴承的润滑液也可方便的排到位于下面的冷凝器中。
2.1 工质选取
名称
NH3 正丁烷异丁烷正戊烷异戊烷 R11 R113 R114 R12 R123 R124 R134a
分子量 (g/mol)
17.03 58.122 58.122 72.1488 72.1488 137.37 187.38 170.92 120.91 152.93 136.48 102.03
0 35 50 65 80 95 110 125 140 155 170 蒸发温度(℃)
R123回热 R245fa回热 R123无回热 R245fa无回热 R134a无回热
增设回热装置对R123和R245fa做功能力的影响如图所示。采用回热后显著提高了 R245fa循环的最大输出净功率，最大净功率由623.5kW增至674.2kW，提高了8.1%。但是回热对R123系统的影响较小。

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。

ORC低温余热发电技术

基于有机朗肯循环的ORC低温余热发电技术伴随国际能源价格持续上涨，及对可再生能源、清洁能源的呼声日益升高，有机工质朗肯循环(Organic Rankine Cycle简称ORC)低温发电技术在国际电力工业市场已经成为一个异军突起的黑马。

典型的蒸汽动力发电系统，其工作循环可以理想化为由两个可逆定压过程和两个可逆绝热过程组成的理想循环，包括以下四个热力学过程：第一步：定压吸热过程，第二步：绝热膨胀过程，第三步：定压放热过程，第四步：绝热加压过程。

该热力循环理论是由19世纪苏格兰工程师W.J.M.Rankine提出，为纪念其取得的成就，蒸汽动力装置的基本循环亦称为为朗肯循环(Rankine Cycle)。

有机工质朗肯循环专指以低沸点(蒸发温度38度，正戊烷)氟碳氢化合物为循环工质的热力系统，ORC低温发电技术就是基于这一工作过程的发电系统，也称有机工质朗肯循环发电。

ORC低温发电技术，这里低温泛指的温度小于150度但大于90度的热源，其低温热源是工业过程废热、太阳能、海洋温差、地热等清洁能源，技术突破点在于研究更低的热源温度以驱动透平做功发电，以适应更多的工况条件。

尽管发电效率低于传统火电，但由于使用的是清洁能源及工业过程中被废弃的低品质余热，因此在国际能源市场发展迅速。

常规的化石燃料发电技术(火力发电)，即利用煤炭、重油或天然气等燃料燃烧时产生的热能来加热水，使水变成高温、高压水蒸气，然后再由水蒸气冲转汽轮机驱动发电机来发电。

这个系统中的循环工质是除盐水，由于水的物理性质(一个大气压，100度蒸发)，因此传统电力工业追求的是更高的温度计压力，以提高发电效率，如：超临界、超超临界等。

但是提高发电效率的同时，也带来了环境污染、粉尘、气候变化等负面因素。

因此在低温发电领域，ORC与传统的发电技术相比，具备以下几个优势：1)有机工质具有良好的热力学性质，低的沸点及高的蒸气压力使0RC方法比水蒸气朗肯循环具有较高的热效率，对较低温度热源的利用有更高的效率。

ORC发电简介

ORC发电简介低温地热⽔ORC发电⼀、地热资源丰富地热能是指地球内部蕴藏的能量，⼀般集中分布在构造板块边缘⼀带，起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。

据估算，距地壳深度5km以内蕴藏的热量约为1.46×1026J。

若其中的1%可供开采，则该深度的地热能将提供 1.46×1024J的能量，⽽⽬前全世界的每年的能量消耗约为 4.18×1020J ，理论上来讲，这部分能量将可供⼈类使⽤3500年。

如果能经济的开发这部分资源做发电利⽤，部分替代以化⽯能源为燃料的发电⽅式，对于促进可再⽣能源开发利⽤，减⼩化⽯能源消耗和CO2、SO2、NOx 等温室⽓体和环境污染物的排放，实现可持续发展，具有重要意义。

全球地热资源中32%的地热温度⾼于130℃，⽽68%的地热温度低于130℃。

⼆、地热资源的划分通常，地热资源可以按温度来划分，地热温度⾼于150℃为⾼温，地热温度低于90℃为低温，⽽地热温度处于90～150℃为中温。

三、地热发电的负荷率地热能是绿⾊能源，也是可再⽣能源。

世界上已有24个国家利⽤地热能发电，其中有5个国家的地热发电量占国家总发电量的15%～22%。

从BP公司(世界最⼤的能源公司之⼀)的统计数字显⽰，截⽌2008年底，全球地热发电总装机容量已达到10469 MW。

地热能是⼀种环境友好型能源，与化⽯燃料能源相⽐，在开发利⽤过程中⼏乎没有废⽓排放，且废⽔排⼊地下。

在已知的新能源中，地热能发电不受季节影响，因此它是稳定、可靠的能源，可⽤于带基本负荷运⾏的电站。

BP能源公司2009年世界能源统计：地热发电的负荷率⾼达90%；太阳能发电负荷率为20%；风⼒发电负荷率为25%。

四、地热发电运⾏成本美国能源部(DOE)在2009 年的地热能技术报告中指出，地热能发电的每MWh 发电成本(Levelized Energy Cost 或者LEC)为42-69 美元，其经济性优于风能发电、太阳能热发电、光伏太阳能发电等其他可再⽣能源发电利⽤⽅式。

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）。

ORC低温余热发电技术专题汇报

• 国务院2012年8月6日发布 “十二五”节能减排规划 • 工信部发布工业节能“十二五”发展规划
国务院节能减排“十二五”规划，钢铁、水泥、玻璃、合成氨、烧碱、电石、硫酸七个工业行业到“十二五”末，到2015年新增余热余压发电能力2000万千瓦，“十二五”时期形成5700万吨标准煤的节能能力。
三、华航盛世ORC技术
四、ORC低温发电技术的应用
五、华航盛世服务承诺
服务内容
根据客户需求，华航盛世可提供：工艺节能性分析余热回收利用综合解决方案 ORC低温余热发电装置系统设计、设备采购、工程实施等项目总包
节能减排意义
利国利民低碳生活互利多赢新能源、新思维、展现新价值
总余热28.02×105Kcal/h。经分析，可形成冷热电梯级利用的综合解决方案。
化工热水余热综合利用解决方案
方案优点
余热梯级利用，能源利用率可达98%：高品位热用于发电，中品位热用于制冷，低品位热用于供暖/工艺预热；系统控制较灵活，发电系统、制冷系统、供热系统之间热负荷可调节；
节能分析（一般性）
一套250KW ORC系统的发电收益名称数值单位
运行小时数
净发电量电价年发电收益初投资回报期节约标准煤减少CO2 排放量
8000
250 0.68 136 400 2.94 800 2000
小时
KW 元/KWH 万元万元年吨/年吨/年
一、国家相关政策及低温发电系统研发背景
各系统可根据资源情况以及用户情况灵活搭配。
可降低冷却能耗。
高耗能设备的余热发电
多数高耗能设备均伴随着大量余热的放散，有些可用于ORC发电：各种锅炉、炉窑（排烟）燃气轮机（排气）大型压缩机

ORC低温余热发电技术专题汇报

制冷
空调
电力
电站系统。
热量
低温余热发电系统燃烧排放燃料
电力
旨在利用较低温度热源进行
电力输出，将低品位热能转
化为高品质能源。
有机朗肯发电系统工艺
输入热能输出清洁电能
冷却塔冷凝器水泵
发电机
涡轮
80～150 ℃ 热水
蒸发器
工质泵
国家对ORC技术的重视
重大技术装备自主创新指导目录
（2012 年版）
余热发电系统。该系统零燃料成本 - 燃料来自地热或工业余热；零排放 - 封闭式循环系统；可不间断供电 - 基荷运行；可在中低温运转发电；通过此系统解决了国内中低温余热无法发电的难题，具有良好的经济效益及社会效益。
向心涡轮核心改造技术
向心涡轮驱动发电，核心技术来源于飞机制冷系统的涡轮膨胀机。压缩气体经过透平膨胀机的喷嘴加速与导向，以很高的切向速度和很低的径向速度进入透平机转子通道，然后以很低的速度从转子中心排出口离开。飞机空调中，气体经过喷嘴，热能转化为动能，并进一步将其转化为转子的机械能，最终驱动风扇运转。将风扇替换为发电机组，即可进一步将机械能转化为电能，实现航空技术在民用中的有效转化。同时航空发动机叶片、转子技术的有效转化，也为电机适配器发电机
ORC低温余热发电技术专题汇报
北京华航盛世能源技术有限公司
一、国家相关政策及低温发电系统研发背景
索引
二、ORC(有机朗肯循环）低温余热发电系统
三、华航盛世ORC技术
四、ORC低温发电技术的应用
五、华航盛世服务承诺
社会发展需求
中国是世界上最大的能源消耗国
发达国家
单位GDP能源消耗

ORC发电简介

低温地热水ORC发电一、地热资源丰富地热能是指地球内部蕴藏的能量，一般集中分布在构造板块边缘一带，起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。

据估算，距地壳深度5km以内蕴藏的热量约为1.46×1026J。

若其中的1%可供开采，则该深度的地热能将提供 1.46×1024J的能量，而目前全世界的每年的能量消耗约为 4.18×1020J ，理论上来讲，这部分能量将可供人类使用3500年。

如果能经济的开发这部分资源做发电利用，部分替代以化石能源为燃料的发电方式，对于促进可再生能源开发利用，减小化石能源消耗和CO2、SO2、NOx 等温室气体和环境污染物的排放，实现可持续发展，具有重要意义。

全球地热资源中32%的地热温度高于130℃，而68%的地热温度低于130℃。

二、地热资源的划分通常，地热资源可以按温度来划分，地热温度高于150℃为高温，地热温度低于90℃为低温，而地热温度处于90～150℃为中温。

三、地热发电的负荷率地热能是绿色能源，也是可再生能源。

世界上已有24个国家利用地热能发电，其中有5个国家的地热发电量占国家总发电量的15%～22%。

从BP公司(世界最大的能源公司之一)的统计数字显示，截止2008年底，全球地热发电总装机容量已达到10469 MW。

地热能是一种环境友好型能源，与化石燃料能源相比，在开发利用过程中几乎没有废气排放，且废水排入地下。

在已知的新能源中，地热能发电不受季节影响，因此它是稳定、可靠的能源，可用于带基本负荷运行的电站。

BP能源公司2009年世界能源统计：地热发电的负荷率高达90%；太阳能发电负荷率为20%；风力发电负荷率为25%。

四、地热发电运行成本美国能源部(DOE)在2009 年的地热能技术报告中指出，地热能发电的每MWh 发电成本(Levelized Energy Cost 或者LEC)为42-69 美元，其经济性优于风能发电、太阳能热发电、光伏太阳能发电等其他可再生能源发电利用方式。

烟气余热有机朗肯循环发电系统介绍

烟气余热有机朗肯循环发电系统介绍烟气余热有机朗肯循环发电系统中期完成了对有机朗肯循环（ORC）系统的整体设计，ORC系统有机工质的选择及模拟计算、高效蒸发器和冷凝器的设计和模拟计算以及高效一次表面换热器冷凝器的模具加工。

1、有机朗肯循环（ORC）系统的整体设计本方案针对工业烟气的余热回收进行研究。

目前国内对烟气余热回收的方式有热热回收和热电回收。

由于热热回收后的中低温热能不易储存，经常被丢弃，本方案采用余热发电技术对工业烟气进行热电回收。

有些工业烟气余热温度较低（小于250℃），难以采用常规的发电技术进行余热回收发电。

低沸点循环发电技术是解决这一问题的一条途径。

烟气余热ORC发电系统，其工艺装配示意图如图1所示。

图1ORC发电系统工艺装配示意图系统包括烟气循环、有机朗肯循环和冷却水循环系统，其工艺流程图如图2所示（工艺图上包含了温度计、压力计等传感器）：图2烟气余热发电系统工艺流程图1）烟气循环中。

烟气经蒸发器换热，然后经风机回到烟气混合器中。

2）低沸点ORC系统。

低沸点有机工质通过蒸发器与烟气进行换热，吸收热量后，由液体变成高温高压的气体，经汽轮机绝热膨胀，对外做功变成低温低压的气体，再经冷凝器放热变成饱和的液体，然后通过有机工质泵等熵压缩到高压并流到蒸发换器中进行换热。

3）冷却水循环。

冷却水经冷凝器吸热后，通过循环水泵加压，进入冷却塔，经冷却塔冷却后，再回到冷凝器中。

2、ORC系统有机工质的选择在余热发电过程中，工质对系统的性能起着关键作用。

在选择工质时，力求工质在热源条件下吸热多，并能把吸收的热量有效地转化成功。

理想的有机朗肯循环工质应该具备有如下的特征：1)临界温度应该略高于循环中的最高温度，以避免跨临界循环可能带来的诸多问题；2)工质的压力水平适宜。

循环中蒸发温度所对应的饱和压力不应过高，冷凝温度对应饱和压力不宜过低，最好能保持正压，以防止外界空气的渗入而影响循环性能；3)在T—S图中饱和蒸气线上ds／dT应接近零或大于零；4)比热容小，粘度低，传热系数高，热稳定性好；5)毒性小、不易燃、不爆炸且与设备材料和润滑油具有良好的兼容性；6)不污染环境，ODP和GWP值较低；7)价格便宜，且易于获得。

6-1 低温发电：关于有机朗肯循环发电_ORC发电_技术介绍-2

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低温发电技术及需求

O R C低温发电技术及需求Document number：BGCG-0857-BTDO-0089-2022向心式ORC低温发电机组的应用需求分析北京华航盛世能源技术有限公司2014年03月目录一、行业技术需求向心式ORC低温发电技术可应用的行业及资源（100度以上的热水或120度气体含水蒸气及160度以上烟气）包括，但不仅限于以下行业：石化炼油装置（过程废热）分馏装置（过程废热）工艺冷却凝结水化工加热炉、蒸汽锅炉排烟气等化工过程废热（合成氨、干馏等）煤化工的MTO装置电力：锅炉排烟气、乏汽等造纸：烘缸、蒸锅废气，黑液等纺织：蒸汽凝水天然气：LNG压缩机排气热回收冶金放散蒸汽耗能设备余热（空压机等）二、热源形式及参数要求：综上所述：表中为各热源形式下的流量及发电量区间，仅仅罗列了三个温度，因为热水在100度-250度，烟气可以更高温度，只不过加汽水换热器即可，因此参数不能全部罗列完全，从发电经济性方面考虑，在不同热源下，低于最小流量，不建议采用发电，因此，只要有相同品味的废热就可以进行发电，不仅限于以上行业及装置。

三、经济性分析针对“十二五”期间节能减排的巨大压力，国家在制定节能减排目标的同时，加大了对其奖励和扶持的力度。

2014年，北京市节能奖励的标准为600元/吨标煤。

其中，中央财政奖励标准为240元/吨标煤，北京市财政奖励标准为360元/吨标煤。

*按600元/吨标煤计算。

计算。

**按16元/吨CO2四、机组运行原理华航盛世公司和广州北航新兴产业技术研究院共建了新能源余热发电工程应用中心，研究并改进了航空涡轮膨胀技术，研发出具有自主知识产权的ORC低温余热发电系统，制造出国内首台向心式ORC低温发电机组。

华航盛世向心式ORC发电系统示意图华航盛世向心式ORC低温发电系统原理如图4所示。

该系统包括三个回路：热水回路（红色管道）、有机工质回路（绿色管道）、冷却水回路（蓝色管道）。

1) 热源水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，热源水温度降低并离开蒸发器，送入后续工艺。

论述有机朗肯循环的太阳能热发电

论述有机朗肯循环的太阳能热发电我国具有丰富的太阳能资源，随着化石能源的枯竭，开发利用可再生清洁能源意义尤为重大。

目前，世界上太阳能发电技术主要有光伏发电和聚焦型太阳能热发电（Concentrating Solar Power，CSP）。

CSP具有效率高、成本低等诸多优势，从长远的角度看比光伏发电更理想。

太阳能热发电，不消耗化石能源，无污染，是清洁能源发电的代表，具有广阔的发展前景。

太阳能低温热发电技术简单、管理成本低，具有很强的竞争力。

按循环形式不同，CPS可分为Rankine（朗肯）循环、Brayton（布雷顿）循环、Stirling（斯特林）循环。

其中朗肯循环应用较为广泛，可用于太阳能发电、工业余热发电、地热发电、生物质能发电和海洋温差能发电等方面。

1 有机朗肯循环系统模型有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle，简称ORC）可利用集热器、换热器、泵、汽轮机、发电机等设备实现太阳能到电能的转换。

ORC具有使高温高压工质蒸汽转化为为低温低压工质蒸汽的汽轮机，利用蒸汽做功进行发电，从汽轮机中排出的蒸汽在凝汽器中冷却、液化，在经过泵加压后重新在蒸发器中加热蒸发成为高温高压蒸汽。

ORC采用有机工质（如R134a）,工质在蒸发器中吸收低品位热能，历经液态加热、沸腾、过热三个阶段进入汽轮机，膨胀后推动汽轮机做功，并转化为电能。

ORC一般用于从低温热源吸热，固一般采取较小的过热度，若采用绝热工质则需保证一定的过热度。

定义系统的发电效率为：，其中Wf为发电机发出的电能；Wx为系统内部消耗的电能；Q吸为工质从太阳能集热器吸收的热能。

制约太阳能低温朗肯循环发电的主要因素是热效率低、成本高、没有合适的循环工质。

汽轮机排出的工质乏气直接进入冷凝器，大量的冷凝热被排到大气，严重影响系统的热效率。

因此，有机朗肯循环的经济性直接决定于循环工质的热力学性质，开发有效利用工质冷凝热，选择安全可靠的新型工质，对太阳能朗肯循环技术的发展至关重要。

低温余热发电ORC有机朗肯循环技术及其产业化

2.透平进排气压力高，所需通流面积较小，透平尺寸小。 3.使用干流体时，余热锅炉中不必设置过热段，工质蒸汽直接以饱和气体进透平膨胀做功。 4.可实现远程控制，无人值守，需要极少的运行、维修人员，运行成本很低。 5.单机容量可从几kW到数千kW。 6.系统部件、设备可实现标准模块化生产，能缩短安装周期，降低制造成本。 7.适用于温度高于70 ℃以上的低温余热源。
西藏羊八井地热发电
3.太阳能
我国 2/3 的面积年日照时间在
2300小时以上，每平方米太阳能年
辐射总量3340-8400MJ，陆地表面每
年接收的太阳辐射能相当于17000亿
吨标准煤，而且分布极为广泛，蕴
含的发电能力约1400万亿kWh/a，是
我国一年总发电量的近300倍。
2.透平进排气压力低，蒸汽比体积较大，导致透平通流面积较大。
3.通常透平进口蒸汽需具有一定的过热度，在余热锅炉中必然要设置过热蒸汽加热段，导致余热锅炉的结构比较复杂。
4.管道内容易结垢及生锈，维修成本较高，寿命较短。
5.需要较多的运行、维修人员，运行成本较高。
6.单机容量不能太小,系统满负荷运行率不高。
谢谢
3.通过核心技术的专利转让及技术的工程化市场推广应用，预计在第一个6年内便可收回全部投资。
4.通过对我国低温热能发电市场需求的初步调查，只需将单位装机容量成本控制在2万元/kWe以内，每年国内的ORC低温热能发电设备市场需求量至少在500万kWe。在ORC技术的市场推广期，保守估算，工程中心每年能完成2万kWe装机容量的ORC低温余热发电的工程技术设计及设备配套和研发，市场订单可逾3 亿人民币，实现利税约1亿人民币。
7.一般只适用于烟气温度高于350℃以上的余热。

2023年ORC低温余热发电系统行业市场调研报告

2023年ORC低温余热发电系统行业市场调研报告随着国家对环境保护和能源利用的重视，低温余热发电系统越来越受到关注。

低温余热发电系统主要应用于工业领域，通过回收工业生产过程中所产生的低温余热，转化为电能，达到减少能源浪费和环境污染的目的。

本文将针对低温余热发电系统行业市场调研进行分析。

一、行业概述低温余热发电系统是一种尚未普及的新型能源利用技术。

根据Low-temperature Organic Rankine Cycle（ORC）技术原理及其对工业余热的适用范围，可将低温余热发电技术分为两大类：低温余热膨胀机和低温ORC。

其工作原理是借助热力学循环将低温余热转换为电能。

具体而言，冷却水或冷却剂在余热换热器中与低温废气或低温废水接触换热。

通过这样的加热，水或冷却剂汽化为蒸气并驱动涡轮发电机输出电能，再通过冷凝器将蒸汽冷却成水或冷却剂，在循环中回到换热器进行加热。

二、市场情况1. 市场容量目前国内低温余热发电系统的市场容量非常大，主要由中小型企业占据。

根据2018年中国节能与新能源产业发展报告指出，中国工业生产所产生的废余热总量达到4.4万亿千瓦时。

因此，利用低温余热发电技术可以开发数千万千瓦的电力装备，促进工业节能减排和产业升级。

2. 行业竞争格局目前国内低温余热发电系统市场上，主流企业包括能源技术和芬兰麦肯泰克等几家公司。

然而，由于该技术本身的开发难度较大，因此市场上进入门槛较高，仍有待开发。

目前，中国国内企业已具备自主研发制造低温余热发电设备的能力。

但在技术方面，中国企业与国外企业依旧存在差距。

国外企业在技术和研发能力方面具有较大优势，成熟的产品和服务体系已经形成，但价格相对较高，因此国内企业在品质和价格上具备一定的优势。

3. 发展趋势随着国家绿色经济发展的推进，低温余热发电系统的应用领域将逐渐扩大。

在政策支持和技术创新共同驱动下，低温余热发电系统将成为未来最具发展潜力的产业之一。

预计未来几年，低温余热发电系统市场将以每年10%左右的速度稳步增长。