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ORC发电应用中,与水蒸汽朗肯循环(常规汽轮机发电技术)相比,有机工质朗肯循环具有明显的优势:

 

(一)可选择干流体或等熵流体。下图为湿流体、等熵流体和干流体朗肯循环的温熵图。水为典型的湿流体,为了防止汽轮机末级蒸汽湿度过大时对叶片产生“冲蚀”,要求透平进口蒸汽具有一定的过热度。选择干流体或等熵流体时,工质可在蒸发压力下的饱和蒸汽状态进入透平机膨胀做功,省去了过热段,简化了蒸发器(或易胜博官方网站锅炉)的结构,节省了投资。

 

 

 

湿流体、等熵流体和干流体朗肯循环

 

(二)有机工质蒸发潜热比水小很多,显热段吸热比例高,在中低温情况下可以显著提高易胜博官方网站回收率。

(三)低温易胜博官方网站应用中,水蒸汽朗肯循环中蒸发压力较低,导致水蒸汽比体积较大,汽轮机需要较大流通面积。ORC系统蒸发压力较高,可有效缩小透平尺寸。

(四)水蒸汽朗肯循环系统必须设置除钙、镁离子硬度的软水系统,同时,为了防止水中溶氧对管路及设备的化学腐蚀,给水还必须经过严格的除氧处理。而ORC系统不需要这些辅助系统,系统构成简单。

(五)水蒸汽朗肯循环系统应用于低温发电时,其冷端(冷凝器侧)处于比外界压力低很多的真空状态,需要设置真空维持系统。而ORC系统可选择正压工质。

(六)有机工质凝固点很低,冷凝器无需增加防冻设施。

 

对于ORC系统,工质的选取至关重要。选择理想的有机工质时,应该考虑以下因素:

1)热力循环性能。对于给定的热源和冷源,系统的热功转化效率应尽可能高。影响该性能的工质属性包括临界点,比热,密度等等。

2)选择干流体或等熵流体。

3)高蒸汽密度。

4)低粘度。有利于获取较高的传热系数和较低的流动阻力。

5)高热传导率。

6)冷凝正压。

7)高稳定性温度。与水不同的是,有机工质在高温下存在退化和分解现象,因此热源温度也受制于工质的化学稳定性。

8)凝固点须低于环境最低温度。

9)安全性。工质应为无毒、不易燃。

10)绿色环保。低ODP值(臭氧层破坏潜能值)和低GWP值(温室效应潜能值)。

11)价格便宜,易于获得。

12)一般而言,工质临界温度应略高于要求的蒸发温度。如果临界温度高于蒸发温度太多,高压和低压侧的蒸汽密度过低,导致较高的压损和较大的设备尺寸。

 

此外,综合考虑有机工质的物性和涡轮制造的限制,不同工质的温度应用范围(蒸发温度和冷凝温度)可参见下图。