低温热能发电ORC技术 昆明理工大学王辉涛
低温热能发电ORC原理
• 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; • 能实现全自动无人值守运行。
研究背景
节能减排是缓解能源及环境危 机的重要举措，余热回收、太阳能 及生物质能的高效利用是节能减排 的重要环节。而利用300℃以下数量 巨大的中低温余热、太阳能和生物 质能发电则是重点与难点。研究中 低温热能高效发电技术，意义重大。
研究背景
中低温热能发电的两种主要热力循环
• 水蒸汽朗肯循环 • 有机朗肯循环(Organic Rankine Cycles)
使用沸点高的有机工质，
下表：
在多级复叠机朗肯循环的底循环 工质匹配 导热油温 热效率
使用沸点低的有机工质。此外还
可利用顶循环透平排气进行制冷及 制热，在一套装置里实现冷热电联
环己烷/丁 烷
甲苯/丁烷
293 ℃ 293 ℃
31.3% 甲苯/丁烷 390 ℃ 36.0%
有机朗肯循环原理
waste heat inlet
waste heat outlet
HRSG
无排汽回热措施的
ORC循环
2
pump
1
需注意回热器
3
turbine
conderser
4
T
motor
waste heat
2 1
cooling fluid
的阻力对透平
cooling fluid inlet
cooling fluid outlet
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。
中低温热水发电系统及效率分析
中低温热水发电系统及效率分析作者：和婷来源：《中国新技术新产品》2015年第04期摘要：中低温热水发电通常选用有机朗肯循环系统。
本文对ORC系统的特点、工质和参数的选择进行了介绍，并对系统进行效率分析。
针对以80℃-150℃热水为热源的有机朗肯循环（ORC）发电系统，以㶲效率为评价指标，分析了循环工质为R134a、R123和R245fa时的系统。
得出，R245fa是较为理想的工质。
关键词：中低温热水发电；有机朗肯循环（ORC）；效率分析；㶲效率中图分类号：TK11+5 文献标识码：A目前，中低温热水资源来越受到人们的重视，利用中低温热水资源发电通常采用有机朗肯循环系统，它以低沸点有机物为循环工质，充分利用低温热源实现朗肯循环发电。
该技术在地热能和生物质能领域的应用已经成熟，而在工业废热的利用上将得到很大的发展。
在地热能领域，一般将高于150℃的地热资源称为高温地热资源，高于90℃-150℃的为中温地热资源，低于90℃的为低温地热资源。
1 ORC循环发电系统1.1 ORC系统的特点在中低温热能的利用中，有机朗肯循环和水蒸汽朗肯循环相比，有很多优点。
（1）ORC以低沸点有机物为循环工质，不需要软水系统、除氧器等辅助设备，系统构成简单；（2）ORC的蒸发压力高，透平所需的通流面积小，尺寸小；系统冷端一般处于压力大于外界大气压的正压状态，不需要设置保持真空度的设施；（3）ORC循环显热∕潜热比例大，可以更多地吸收低温热量，提高透平的输出功和热源的利用率；（4）ORC循环中，工质在透平中的膨胀是一个工质“变得更加干燥”的过程，因而工质蒸气在进入透平前不需要过热。
1.2 ORC系统的循环工质有机朗肯循环工质的选择，需要从环境效应、热力性能、经济性等多方面综合考虑。
工质的环保性能要好，应满足具有较低的臭氧破坏性（ODP）和温室效应值（GWP）。
除此之外，还应满足两个主要条件。
（1）潜热小、显热大的工质，即在循环T—s图中，过程应接近表示可用能大小的三角形；（2）干工质（饱和蒸汽线的斜率dT /ds>0）或者绝热工质（dT /ds→±∞），以保证工质在膨胀终点有合适的干度。
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研究ORC（Organic Rankine Cycle）低温余热发电系统是一种利用低温余热进行发电的系统。
它通过将低温余热转化为冷凝介质的热能，然后再利用该能量驱动涡旋机发电。
本文将对ORC低温余热发电系统的变工况特性进行研究，并探讨其影响因素和解决方法。
首先是热源温度对系统特性的影响。
热源温度是影响ORC系统发电功率和热效率的重要因素。
一般来说，热源温度越高，发电功率和热效率越高。
因此，有效提高热源温度可以提高系统的发电性能。
同时，过高的热源温度也会对系统造成负面影响，例如导致工质临界温度附近的性能下降。
因此，在实际应用中需要选择适当的热源温度来平衡系统的发电性能和稳定性。
其次是冷却介质流量对系统特性的影响。
冷却介质流量的大小会直接影响ORC系统的热效率。
流量过大会导致过量的冷却介质流失，减少系统的热效率；而流量过小则会导致冷凝器过热，增加系统的热损失。
因此，在实际应用中需要合理选择冷却介质流量，以提高系统的热效率。
最后是工质选择对系统特性的影响。
工质的选择直接决定了ORC系统的性能。
一般来说，工质需要具备低沸点、较高的蒸发和冷凝热、较小的粘度等特性。
常用的工质包括R134a、R245fa等。
不同工质的选择会对系统的发电功率和热效率产生影响，因此需要根据实际情况进行选择。
针对以上问题，可以采取一些解决方法来提高ORC低温余热发电系统的变工况特性。
例如，通过增加设备的换热面积和改进换热器结构来提高系统的热效率；通过增加工质的冷凝压力来提高系统的发电功率等。
综上所述，ORC低温余热发电系统的变工况特性是一个复杂的问题。
研究和解决这些问题对于提高系统的发电功率和热效率具有重要意义。
因此，需要结合实际情况，合理选择热源温度、冷却介质流量和工质，并采取相应的解决方法来提高系统的性能。
ORC发电技术在低温余热回收利用中的性能分析
ORC发电技术在低温余热回收利用中的性能分析王治红;丁晓明;黄昌猛;裴廷刚;刘统【摘要】以某炼化厂实际产生的余热作为低温热源,参考低温热源物性及有机工质筛选原则,初选出7种适合该炼化厂低温余热发电的有机工质,以最大净输出功率为目标函数,考察过程的循环热效率、蒸发温度(压力)和废热排放量等工艺参数,对7种工质进行了模拟分析.结果表明,工质R-600和R-152a在亚临界区域表现性能最佳,在超临界区域工质R-134a也表现出较好的性能,但亚临界有机朗肯循环表现出更好的热力学性能.对超临界和亚临界有机朗肯循环(ORC )过程中蒸发器内热传递过程做了分析,并采用多因素分析方法对O RC系统工质流量、蒸发温度(压力) 、膨胀机进气温度和过热度等影响因素做了分析研究,为炼化厂低温余热回收工艺设计提供参考.%Taking the actual production parameter of a refinery as the low temperature heat source , seven organic working compounds for the low temperature heat power generation of this refinery were selected , based on the low temperature heat source's physical property and organic working compounds screening principle .Seven refrigerants were simulation analyzed by taking the maximum net output power as the objective function , and the effects of thermal efficiency , evaporation temperature (pressure) ,heat emission and other technological parameters were investigated .The results show that the refrigerant R-600 and R-152a have the best performance in subcritical region , while refrigerant 134a shows a good performance in supercritical region .In general ,the subcritical organic Rankine cycle (ORC ) showed a better thermodynamic performance . By analyzing the evaporator's heat transfer process in bothsubcritical and supercritical ORC , and analyzing the influence factors of refrigerant flow rate , evaporation temperature (pressure ) , expander inlet air temperature and superheat degree of ORC system through multiple factor analysis method ,this study provides the reference for the design of low temperature waste heat recovery process in refinery .【期刊名称】《石油与天然气化工》【年(卷),期】2018(047)003【总页数】7页(P95-100,107)【关键词】有机工质;超临界有机朗肯循环;热传递;多因素分析【作者】王治红;丁晓明;黄昌猛;裴廷刚;刘统【作者单位】西南石油大学化学化工学院 ;西南石油大学化学化工学院 ;长庆油田分公司第一采气厂采气工艺研究所;长庆油田分公司第一采气厂采气工艺研究所;长庆油田分公司第一采气厂采气工艺研究所【正文语种】中文我国为能源消费大国，但能源利用率仅为33%左右，很大部分余热未被充分利用[1]。
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。
关于低温热能有机物发电系统热力的论述
关于低温热能有机物发电系统热力的论述摘要：低温热能的种类有很多种，如果能够将这一部分能源充分的利用，对于节能降耗来说具有非常重要的意义。
目前将低温热能用于发电技术的研究，我国已经取得了一定的进展。
本文主要针对当前低温热能有机物循环发电系统的应用情况进行分析，并对工质性质、工作环境等问题进行了探讨，希望促进低温热能发电的发展。
关键词：orc循环发电；工质；热力原理中图分类号：o414.1 文献标识码：a 文章编号：低温热能有机物发电主要是基于orc循环发电系统，是一种优良的低温型热能有机物发电系统。
其以低沸点的有机物工质，进而在温度较低的环境下，做到节能高效的热能利用。
同时，对于系统的工质选择非常重要，尤其是其热力性质的满足，是系统良好运行机能的基础。
并且，在orc系统的构建中，要明确好各参数的计算与处理。
1基于orc循环下的有机物工质分析1）有机物工质的性质分析。
有机物工质作为一种节能高效型媒介，在压力特征和属性上，具有鲜明的特点。
尤其是压力特征中的压力承受度，是衡量工质指标的重要依据。
①压力特征，尤其是工质的选择。
良好的orc循环系统，需要构建于科学的工质之上。
因此，在选择有效的工质之前，需要针对各工质压力承受度，进行合理的评估。
对于低温型热能有机物发电系统而言，其对100℃以下的热能，不宜以水为工质，进而造成发电系统的负压状态下的工作。
同时，以水作为工质，对于发电系统的密封工艺有更高的要求。
并且，以水为工质的做功率低于传统有机工质。
因此，无论是从发电系统工艺要求上，还是从热能率上，以水作为工质是不科学合理的。
对于发电系统而言，其有机工质要基于系统功率，合理的相应工作压力的工质。
工质的工作压力高于发电系统的功率需求，使得系统的热能利用率降低，尤其是系统管道壁的厚度增加，不仅加剧了系统的造价成本，而且增加了管道的热能损耗，这点不符合高效的原则。
同时，工质的工作压力过高，造成发电系统的诸多设备处于超额工作状态，诸如转换器处于疲劳状态下，自损能量的消耗增大，进而大大降低了系统的工作效率。
昆明理工大学(电力工程学院)硕士生导师情况一览表
48 49
副教授 教授
水力学及 河流动力 学电力系统 及其自动 化 水利水电
博士 博士 （后）
四川大学
哈尔滨工 业大学 武汉水利
21
49 教授
工程
硕士
电力大学
1961.12.
水利水电
武汉水利
02
49 教授
工程
硕士
电力大学
1958.01.
水利水电
成都科技
04
52 教授
工程
学士
大学
情况一览表
目前工 是否校外 是否博 作单位 导师 导
昆明理工
1
1968.10. 30
41 42
副教授 副教授
及电其力自电动子 与.1
42
水利水电
副教授 工程
硕士
1964.05. 12 1964.09. 27
46 46
副教授 教授
电力系统 及其自动 化水力学及 河流动力 学
硕士 博士
1963.09.
水利水电
大学 昆明理工 大学
出生年
到2010年9 月
专业技术职
指导专
最终学
毕业院
月
年龄
务 业方向 历
校
1975.02.1
电力系统
昆明理工
5
1974.07. 29
35 36
副教授 副教授
及电其力自系动统 及其自动 化
硕士 硕士
1973.06.
水文与水
大学 昆明理工 大学
华中科技
07
37 副教授 资源
博士
大学
1969.02.0
电力系统
河海大学
成都科技 大学
四川大学
低温热能发电ORC技术--昆明理工大学王辉涛
循环工质的选择及物性研究
多元混合工质研究的重点和难点在于工质物性 的预测计算。因许多有机工质都是非极性物质，本 项目研究选用通用性很好、国际上研究比较成熟、 形式简单的立方形状态方程PR（PENG-ROBINSON)方 程,其余热力学导出参数(焓、熵、自由能、逸度), 均采用余函数方程进行计算, 对于混合工质采用 Vander Waals混合规则，这样便于程序设计和ORC 系统性能的仿真研究。
Contents
1 2 3 4
研究背景
中低温热能有机朗肯循环原理
循环工质的选择及物性研究
膨胀设备的选择
5
6 7
有机工质的传热及其强化
有机朗肯循环热力系统优化设计方法
有机朗肯循环样机的研制
膨胀设备的选择
（一）螺杆式膨胀机（Screw expander)
阴阳转子
开启式膨胀机外形
半封闭式膨胀机外形
waste heat inlet waste heat outlet HRSG
无排汽回热措施的 ORC循环 需注意回热器 的阻力对透平 性能的影响
3
turbine motor
T
waste heat
3 2 1
cooling fluid
2 1
conderser
pump
4
4
cooling fluid inlet
导出参数 (其中自由能、比熵、比焓采用余函数方程计算） 1).逸度系数 2).比自由能 3).比熵 4).比焓
2 b A ln i i ( Z 1) ln(Z B) bm 2 2B
j
x j ij
m
b Z (1 2 ) B i ln bm Z (1 2 ) B
低温余热发电ORC有机朗肯循环技术及其产业化
低温余热发电ORC有机朗肯循环技术及其产业化2022年3月报告大纲低温余热资源低温余热发电技术昆工-昆钢合作开发的可行性探讨一、低温余热资源目前我国能源形势严峻的根本原因在于用能效率低下。
我国每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.3%、美国的28.6%。
我国工业用能中近60-65%的能源转化为余热资源，其中温度低于350℃以下的低温余热，约占余热总量的60%,目前技术尚无法实现对其有效的回收利用。
1.工业余热资源我国钢铁工业余热按品质分类高品位余热(>900℃)47%中品位余热(400℃~900℃)30%低品位余热(<400℃)23%120220806040200114.7回收潜力回收潜力74.5回收潜力56.247%50.5130%44%22.523%0低品位30%高品位中品位我国钢铁冶金余热总量达15000万tce/a,目前平均余热回收水平仅为30%。
主要原因在于我国现有技术难以回收数量庞大的中低温余热。
因此，我国钢铁工业中有大量的中低温余热资源可供开发。
我国有色冶金工业余热我国有色冶金行业存在大量的容易收集的温度在60℃以上的液态余热(如冷却水)及低压蒸汽，据不完全统计蕴含可用的热能约1800万tce/a,潜在发电能力相当于3/4个三峡工程发电量。
我国建材工业余热陶瓷窑炉玻璃窑炉水泥窑炉1.水泥工业：随着新型干法水泥熟料技术在全国范围内的推广、普及，水泥生产过程中存在大量350-400℃以下的余热不能充分利用，这部分热量占到水泥熟料烧成总耗热量35%以上造成的能源浪费高得惊人。
我国水泥低温余热潜在的发电容量约在800亿kWh/a,相当于1个三峡工程的年发电量我国建材工业余热2.陶瓷工业：日用陶瓷烧制窑炉排烟温度一般在200-300℃,排烟带走的热量损失约占总热量的20%-40%。
我国现有陶瓷生产企业约3000家，余热发电能力约1200亿kWh/a,相当于2个三峡工程的年发电量。
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ventilator
ventilator
from turbine outlet (or internal heat exchanger)
from turbine outlet (or internal heat exchanger)
cooling tower cooling tower
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 ; ? 能实现全自动无人值守运行。
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
cooling fluid outlet
3 4
S
4 5 6
S
有机朗肯循环原理
有机朗肯循环的冷端可采用 风冷、水冷或蒸发式冷凝方式。为了提高有 机朗肯循环的性能:
?对于室外空温度低于0℃的寒冷地区，需采用 风冷方式；
?对于室外空气的干球与湿球温度相差较大的地区，宜采用 水冷方式；
?对于室外空气的干球与湿球温度相差较大且干旱缺水地区，可采用 异形高效 传热管的蒸发式冷却ven方tilator 式。
?合适的临界参数、标准沸点及凝固温度。 热源温度较高时， 尽量选临界温度较高的工质。 满足：pe,max<=2.0MPa,pc,min>=0.005MPa ?液态及气态密度较大。 降低输送泵功，减少管道及设备 尺寸。
?汽化潜热较大。 HV较大，循环效率较高，对于有机工质 来说， HV较大的流体接近于等熵流体。
有机朗肯循环原理
waste heat inlet
waste heat outlet
HRSG
无排汽回热 措施的
3
turbine
T
motor
waste heat
ORC 循环
2
pump
1
cooling fluid
的阻力对透平
cooling fluid inlet
cooling fluid outlet
可利用顶循环透平排气进行制冷及 制热，在一套装置里实现冷热电联 供，实现中低温热能的梯级利用。
双级ORC 冷热电联供
有机朗肯循环原理
当热源温度在200℃以上时， 以聚焦太阳能发电两级复 采用多级复叠机朗肯循环能获得 叠ORC系统为例，在使用
较高的效率： 在多级复叠机朗肯循环的顶循环 使用沸点高的有机工质，
water-cooled condenser water circulation pump
air-cooled condenser
receiver
receiver
水冷冷端
receiver
receiver
风冷冷端
蒸发式冷凝冷端
有机朗肯循环原理
（二）多级ORC 及冷热电联供系统
当热源温度在200℃以上时， 采用多级复叠机朗肯循环能获得 较高的效率： 在多级复叠机朗肯循环的顶循环 使用沸点高的有机工质， 在多级复叠机朗肯循环的底循环 使用沸点低的有机工质。此外还
有机朗肯循环技术 中的几个问题探讨
汇报人：王辉涛 教授
昆明理工大学冶金节能减排教育部工程研究中心
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
waste heat inlet
性能的影响
waste heat outlet
HRSG
3
带排汽回热 措施的 ORC 循环
2
pump
4
turbine
3
internal heat exchanger
2
conderser
1
6
motor
5
6
waste heat
T
3 2 1
cooling fluid
cooling fluid inlet
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
?环保性能 尽量选用没有破坏和温室效应低的工质，如 HFC类、HC类、FC类碳氢化合物物或其卤代烃 。 ?化学稳定性。循环热力参数应控制在工质不发生热分解之 范围。 ?工质的安全性。 包括毒性、易燃易爆性、对设备管道 的腐蚀性等。 但要辩证对待工质的可燃性。
from turbine outlet (or internal heat exchanger)
from turbine outlet (or internal heat exchanger)
water-cooled condenser water circulation pump
air-cooled condenser
Therminol VP-I导热油作中间 流体的情况下，其计算结果见 下表：
在多级复叠机朗肯循环的底循环 工质匹配 导热油温 热效率
使用沸点低的有机工质。此外还
可利用顶循环透平排气进行制冷及 制热，在一套装置里实现冷热电联
环己烷/丁 烷
甲苯/丁烷
293 ℃ 293 ℃
31.3% 32.5%
供，实现中低温热能的梯级利用。 甲苯/丁烷 390 ℃ 36.0%
研究背景
节能减排 是缓解能源及环境危 机的重要举措， 余热回收、太阳能 及 生物质能 的高效利用是节能减排 的重要环节。而利用 300℃以下数量 巨大的中低温余热、太阳能和生物 质能发电则是重点与难点。研究 中 低温热能高效发电技术 ，意义重大 。
研究背景
中低温热能发电的两种主要热力循环
? 水蒸汽朗肯循环 ? 有机朗肯循环(Organic Rankine Cycles)