有机朗肯循环在工业低品位余热回收中的应用
科灵节能2019-10-08 09:15
从上个世纪下半叶起，科学技术不断进步，人类利用和改造自然的能力不断提高。同时随着人口数量的急剧增长和生活方式的转变，特别是对能源的需求也不断增加。全球都面临能源与环境问题的挑战。为了应对不断加剧的能源环境危机，进行替代能源开发、提高现有能源的利用效率、节能减排成为各国共同的努力方向。在工业生产中产生的余热以及地热、太阳能等低品位热源的利用也越来越受到人们的关注。
统计数据表明，工业生产中的余热占总热量产生大约50%以上，由于缺乏有效的利用手段，这部分热量基本上都被直接排放到大气中去。低品位余热资源按照温度来分可分为三种：
高温余热：>500℃;
中温余热： 200℃~500℃;
低温余热：<200℃。
在世界范围内，超过九成的电能产生都通过以水和水蒸气为循环工质的朗肯循环产生，其主要包括定压吸热、等熵膨胀、等压冷凝和等熵压缩等四个过程。当热源温度低于370℃时，例如余热及地热等，以水为工质的传统朗肯循环已经不能对其进行有效的利用。在这种背景下，有机朗肯循环逐渐受到研究者的重视。
有机朗肯循环(Organic RankineCycle, ORC)采用低沸点有机物为工质(如R113，R123等)，具有使用寿命长、维护费用低和自动化程度高等特点，使得朗肯循环能够从低品位的热源中吸热，因此特别适合中低温余热的利用。
在有机朗肯循环发电设备中，低压液态有机工质经过工质泵增压后进入蒸发器吸收热量转变为高温高压蒸汽；之后，高温高压有机工质蒸汽推动膨胀机发电机进行发电，产生电量输出；膨胀机出口的低压过热蒸汽进入冷凝器，向低温热源放热而被冷凝为液态，如此往复循环。
ORC发电设备与其他热机循环相比有诸多明显的优点。首先，与其他热机循环相比，ORC对低品位余热的利用率更高；其次，使用ORC发电设备的尺寸和重量小；此外，有ORC比其他热电循环的运行维护成本更低。
我国的余热资源丰富，而且当前的利用率很低，大量的低品位余热资源没有得到有效利用。因此，有机朗肯循环具在低品位余热利用中具有广泛的应用价值。
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