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