有机朗肯循环

Organic Rankine Cycle

有机朗肯循环系统

Organic Rankine Cycle system

有机朗肯循环(ORC)系统是一个封闭的热力学循环,用于从80至400°C的低温到中高温热源发电,以及在任何温度水平下的中小型应用。ORC技术允许有效利用低品位的热量,否则将被浪费。

由于低温余热发电大部分利用的是温度小于150°C的热源,此时传统的以水(蒸汽)为循环工质的发电系统由于产生的蒸汽压力低,导致发电效率较低,无法产生经济效益。在低温余热发电中多采用有机工质作为循环工质。由于有机工质在较低的温度下就能气化产生较高的压力,推动透平做功,故有机工质循环发电系统可以在烟气温度200C左右,水温在80°C左右实现有利用价值的发电。

利用有机朗肯循环从各种热源中产生清洁和负担得起的电力。

有机朗肯循环

有机朗肯循环发电厂的工作原理类似于最广泛使用的发电过程,克劳修斯-朗肯循环。主要区别在于使用有机物质(碳氢化合物或制冷剂)代替水(蒸汽)作为工作流体。

有机工作流体具有比水更低的沸点和更高的蒸汽压,因此能够使用中低温热源比蒸汽循环更有效地发电。

根据有机流体的各种热力学性质选择最适合热源的循环用有机流体,从而获得较高的循环效率和膨胀效率。

液态有机工质(如R245FA)在蒸发器中吸热(余热可为蒸汽\热水\工质气)蒸发成气态,推动ORC膨胀机做功,驱动膨胀发电机发电,压力降低的气态工质经过冷凝器冷凝成液态,通过工质泵升压,进入蒸发器中吸热,完成一个ORC循环。

利用热源与冷却介质的温差,将热能转化为机械能-电能。

有机朗肯循环主要部件

The Main Components of an Organic Rankine Cycle

ORC 透平

这是整个ORC电厂的关键部件,决定了ORC系统的性能。它使工作流体膨胀,产生机械能,通过与涡轮轴相连的发电机将机械能转化为电能。

蒸发器

有机朗肯循环工作流体流经蒸发器,从热源中提取热量。通常应用壳管式热交换器,但它们可以根据能量来源和总热输入而在结构和配置方面有所不同。

冷凝器

可以直接采用空冷器,有机流体在进入工质泵之前被冷却和液化。空冷器的使用,可以不用配置复杂的水处理系统和补水的需要。当然也可以使用水冷式冷凝器。

工质泵

将有机流体从冷凝压力泵送到蒸发器。泵通常由变频电机驱动。

有机工质

  • R245fa
  • R134a
  • R1234ze(Z)
  • R1233zd(E)

热源温度

  • 120℃~200℃

轴流式膨胀机

  • 叶轮:两级
  • 膨胀比:5~12
  • 调节范围:40% ~ 110%

向心膨胀机

  • 热源介质温度低,装机容量小的应用
  • 调节能力:带入口导叶,工况范围变化大
  • 炼化行业
  • 煤化工行业
  • 冶金行业
  • 燃机烟气余热回收
  • 地热能
  • 水泥、印染、玻璃行业