文 献 综 述

1.课题背景

能源是社会进步发展的重要的动力保障,是我国国民经济的重要物质基石。对能源的掌控决定了国家的命运。能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志。随着国家工业化的不断推进，对能源的需求越来越大。我国的能源主体是化石能源，占比在90%以上。在消耗的化石能源中，煤炭处于主体地位。现代燃烧技术虽已较为先进，但煤的燃烧处理仍不完全^[1] ，产生二氧化硫、一氧化碳等有毒有害气体。化石燃料燃烧引起的酸雨、全球变暖等环境问题，降低了人们的生活品质。为了缓解当前的严峻形势，调整能源结构、提高能源的利用效率是极有效的措施。我国当前能源损耗率在70%，大量能源以余热形式排入环境，造成严重的能源浪费。对这部分的余热进行回收再利用，可以有效缓解能源危机、减少环境污染。

余热资源是指在现有条件下，有可能回收利用，但未能有效利用的那部分能量。分类方法包括按余热来源，按余热载体形态，按余热载体温度。其中，按照余热载体温度不同，可将余热资源分为高温余热（大于500℃）、中温余热（200~500℃）及低温余热（小于200℃）。

在不同品位的资源中，中高温余热的利用技术相对成熟。而比重较大的低温余热由于技术还不够先进，回收利用效率低下，未能得到有效的处理。

2. 低温余热有机朗肯循环（ORC）发电技术

2.1 低温余热有机朗肯循环（ORC）发电系统概述

现有的余热发电技术中，利用朗肯循环原理的居多的。在大规模商业使用中，水作为朗肯循环的工质。由于水的沸点较高，使用水蒸气朗肯循环无法有效回收低温余热资源，所以用低沸点的有机工质替代水，形成有机朗肯循环。

有机朗肯循环（Orgnic Rankine Cycle，简称 ORC）有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle，简称 ORC）系统以如卤代烃（CFCs）、氢氯氟烃（HCFCs）、氢氟烃(HFCs)、烷烃(HCs)等低沸点的有机物为工质，可回收利用如工业余热^［2］、太阳能^［3］、地热能^［4］、生物质能^［5］、海洋温差能^［6］和冷能^［7］等各种类型的低品位能用于发电，它具有结构简单、效率高、环境友好和负荷适应能力强等优点。

有机工质朗肯循环发电热力系统主要由高效换热设备蒸发器、蒸汽透平发电机组、冷凝器、工质泵等主要设备和管道组成。从生产工艺排出的余热介质在蒸发器中将有机工质加热成透平入口状态点3的饱和或过热蒸汽，蒸汽进入膨胀机膨胀做功，膨胀机带动发电机发电，膨胀后的排气2进入冷凝器中，被冷却介质（通常冷却介质为冷却水或冷却空气，对于水资源较为丰富的地区，可以采用水冷的方式，否则，可以采用空冷方式进行冷却）冷凝为凝结压力下的液体6，再被工质加压泵加压到蒸发压力下的液体状态点8，进入蒸发器被余热介质加热到状态点1，再进入膨胀机做功，完成一个循环，从而实现了对余热的动力回收利用。

图1-1 有机朗肯循环系统流程图