ORC发电模组设计

有机朗肯循环(ORCs)特别适用于回收低品位热源的能量。本文描述了一个用于从流量和温度可变的余热源中回收能量的小型ORC。传统的静态模型无法预测在变化的热源下循环的瞬态行为，而这种能力对于在部分负荷运行和启动和停止过程中模拟适当的循环控制策略是必不可少的。因此，提出了一个ORC的动态模型，特别关注热交换器的时变性能，其他部件的动态是次要的。提出并比较了三种不同的控制策略。仿真结果表明，基于各种工况下循环稳态优化的模型预测控制策略效果更好。常规的水蒸气朗肯循环中，工质是水蒸气。ORC发电模组设计

在ORC低温余热发电系统中，有机工质的研究和选择是更重要的内容之一，因为有机工质的物理性质对热源的回收效率起着决定性的作用，并对系统组件的设计难度有重要影响。例如，工质的冷凝压力高，会导致密封系统设计难度高。由于ORC系统回收的是低温余热，为了使工作介质在较低温度下汽化，应采用沸点较低的有机工作介质。同时，低沸点有机工作介质还应具有以下理想特性：低临界压力和临界温度，良好的干湿性能，低粘度，低表面张力，高循环效率，较高的安全性和环境友好性，根据机器运行环境，合理选择国内主流出色有机工质作为ORC机组运行工质。ORC发电模组设计有机朗肯循环由蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵组成。

工作运行参数对朗肯循环效率的影响：在朗肯循环中，表征朗肯循环特性的循环特性参数分别为从蒸发器输出的过热蒸汽的状态所确定的蒸发压力和蒸发温度以及冷凝器中冷凝状态所确定的冷凝压力。在蒸发与冷凝压力一定时，提高工质的蒸发器出口温度可使系统热效率增大。这是由于当蒸发温度由1提高到1点时，平均吸热温度随之提高，使得循环温差增大，从而提高循环热效率。另外，循环工质在膨胀终点的干度随着蒸发温度的提高而增大，而干度的增大有利于提高膨胀机械的性能，并延长其使用寿命。

ORC系统净输出功率随着蒸发温度升高先增大后减小，如图3所示，在蒸发温度范围内，三种工质的更大净输出功率为385kW、365kW、350kW，三种工质达到更大净输出功率时温度为100℃、95℃和90℃。根据工质的参数数据，工质的临界温度越低，系统就会有越大的净输出功率，就需要越高的蒸发温度。所以为了获得较高系统输出功率，应该选择临界温度更小的工质。ORC系统排烟温度会随着蒸发温度变化的，系统的排烟温度随着蒸发温度的升高而升高，在蒸发温度相同的情况下，工质的临界温度越低，系统就的排烟温度就会越低。ORC优点主要体现在回收显热方面有较高的效率。

根据包钢薄板厂宽厚板2号加热炉的高温烟气参数，采用多级轴流ORC透平发电机组对该加热炉的高温烟气热能进行回收发电，机组发电工艺为：高温烟气与热水换热，再将热水引入蒸发器与有机工质R245fa换热，产生R245fa蒸汽推动ORC膨胀机膨胀做功并带动发电机发电，膨胀机膨胀后的乏汽进入蒸发式冷凝器冷凝成液态，经工质泵进入预热器预热后进入蒸发器再次蒸发成气态。该机组采用高效轴流反动式透平膨胀机和同步发电机，整个机组采用集散设计，透平膨胀机的设计技术较成熟，单机能实现小功率到大功率的任意设计。有机朗肯循环发电技术运行成本很低。中低温烟气ORC低温发电机价位

有机朗肯循环发电技术系统构成简单。ORC发电模组设计

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。ORC发电模组设计