ORC發(fā)電的原理是以沸點遠低于水的有機物質(zhì)(如丁烷、氯乙烷或氟利昂等[8])為工質(zhì)，有機工質(zhì)在熱力設備中不斷進行等壓加熱、絕熱膨脹、等壓放熱和絕熱壓縮4個過程，使熱能不斷轉(zhuǎn)化為機械能，帶動發(fā)電機產(chǎn)生電能，發(fā)電裝置的循環(huán)系統(tǒng)由換熱器、汽輪機、冷凝器和給水泵組成[9]。ORC的具體過程為：機泵送來的有機工質(zhì)在換熱器中經(jīng)低溫余熱加熱后成為過熱蒸汽，過熱蒸汽進入汽輪機，將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，過熱蒸汽釋放出熱能后溫度、壓力均降低，成為乏汽，由冷凝器冷凝為液態(tài)，再經(jīng)機泵升壓，完成一個循環(huán)。因為有機工質(zhì)的常壓沸點遠低于水的常壓沸點(100℃)，使得該有機工質(zhì)在較低溫度下就可以汽化，因此可以充分利用低溫余熱作為熱源進行發(fā)電。有機朗肯循環(huán)發(fā)電，降低環(huán)境污染的有效途徑。北京高效磁浮渦輪ORC發(fā)電裝置
有機朗肯循環(huán)是一種新型環(huán)保型的發(fā)電技術(shù)，由蒸發(fā)器、膨脹機、冷凝器和工質(zhì)泵組成，如下圖所示。有機朗肯循環(huán)的工質(zhì)是低沸點、高蒸汽壓的有機工質(zhì)，工質(zhì)在蒸發(fā)器中從低溫熱源中吸收熱量產(chǎn)生有機蒸氣，進而推動膨脹機旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)電機發(fā)電，在膨脹機做完功的乏氣進入冷凝器中重新冷卻為液體，由工質(zhì)泵打入蒸發(fā)器，完成一個循環(huán)。它可利用的低品位能主要有：工業(yè)余熱、地熱、太陽能、生物質(zhì)能、液化天然氣的冷能回收。有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)與常規(guī)水蒸汽朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點：效率高，系統(tǒng)構(gòu)成簡單；不需設置真空維持系統(tǒng)；通流面積較小，透平尺寸小；使用干流體時，余熱鍋爐中不必設置過熱段，工質(zhì)蒸汽直接以飽和氣體進透平膨脹做功；可實現(xiàn)遠程控制，運行成本很低；單機容量范圍廣；系統(tǒng)部件、設備可實現(xiàn)標準模塊化生產(chǎn)，降低了制造成本。北京高效磁浮渦輪ORC發(fā)電裝置ORC技術(shù)與常規(guī)的水蒸氣朗肯循環(huán)相比有很多優(yōu)點。
有機朗肯循環(huán)（OrganicRankineCycle，簡稱ORC）是以低沸點有機物為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，主要由余熱鍋爐（或換熱器）、透平、冷凝器和工質(zhì)泵四大部分組成。由于ORC在利用低品位能源方面具有眾多的優(yōu)勢，國內(nèi)外的許多學者都展開了各方面的研究工作。目前對有機朗肯循環(huán)的研究主要分四個階段：第一階段：確定應用場合及工作條件，主要任務是確定有機朗肯循環(huán)應用的范圍，明確冷熱源溫度和能量負載等基本邊界條件；第二階段：進行循環(huán)基本的熱力學分析，主要任務是根據(jù)已確定循環(huán)邊界條件，結(jié)合工質(zhì)的熱物性，進行熱力學分析比較，明確熱力過程，完善熱力循環(huán)設計，工質(zhì)的熱物性對循環(huán)的性能其決定性作用，工質(zhì)的篩選也是此階段的重要工作；第三階段：研究與實際熱源相結(jié)合的過程，在此過程中需要考慮到工質(zhì)的流動性能和熱力學性能，同時對循環(huán)系統(tǒng)中特定的裝置部件例如透平機等的研究也需要展開；第四階段：系統(tǒng)的工程實際應用，主要是各種輔助設備的不斷完善和改進，包括控制軟件與輔助部件等。
工質(zhì)泵是ORC低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的基本組成部分，是將冷凝器的低溫低壓液體有機工質(zhì)經(jīng)絕熱增壓后，高壓輸送到蒸發(fā)器入口的裝置。作為一種成熟的產(chǎn)品，市場上有多種工質(zhì)泵。研究發(fā)現(xiàn)，以下泵適用于ORC低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)：液壓隔膜泵，具有壓力高、適用于危險化學介質(zhì)、維護簡單等特點；立式離心泵采用變頻調(diào)速、機械密封；多級離心泵可實現(xiàn)更高的揚程和設定壓力；多級離心泵是在離心泵級內(nèi)安裝兩臺或兩臺以上具有相同功能的離心泵，相對于活塞泵等往復泵能輸送更多的流量。采用ORC技術(shù)可回收較多的熱量。
ORC余熱發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本身的優(yōu)勢：可選取與有機工質(zhì)氟利昂不相溶解且不會發(fā)生化學反應的導熱油，采用油與有機工質(zhì)氟利昂直接接觸熱交換的方法，可進一步提高換熱效率。在缺水地區(qū)，優(yōu)先使用空氣冷卻的冷凝器。ORC電廠使用的空冷冷凝器要比水蒸氣電廠使用的空冷冷凝器的體積小得多，價格也低得多。ORC發(fā)電系統(tǒng)與傳統(tǒng)低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的根本區(qū)別在于采用有機工質(zhì)，所以工質(zhì)特性將主導整個發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及效率。國內(nèi)外都對有機工質(zhì)對于ORC系統(tǒng)的影響有研究，相比而言國內(nèi)單單是起步階段。有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)運行成本很低。北京高效磁浮渦輪ORC發(fā)電裝置
一般ORC發(fā)電系統(tǒng)選擇使用異步電機。北京高效磁浮渦輪ORC發(fā)電裝置
隨著全球性的能源緊缺和環(huán)境問題日益嚴重，通過充分利用可再生能源和工業(yè)余熱資源，從而提高能源利用效率是緩解能源和環(huán)境問題的重要方式.有機朗肯循環(huán)(ORC)是更有應用前景的低品位熱能發(fā)電技術(shù)之一.本文針對ORC系統(tǒng)建立了結(jié)構(gòu)參數(shù)和系統(tǒng)操作參數(shù)同步優(yōu)化的換熱設備多目標優(yōu)化模型，采用R245fa為工質(zhì)和板式換熱器，以效率更大和比投資成本更小為目標函數(shù).首先分析了單個變量(蒸發(fā)壓力，冷凝壓力，過熱度，蒸發(fā)器板間距，冷凝器板間距)對系統(tǒng)性能的影響，然后選取了系統(tǒng)的運行參數(shù)(蒸發(fā)壓蒸發(fā)壓力，冷凝壓力，過熱度)和換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)(蒸發(fā)器和冷凝器的板長，板寬，板間距)九個參數(shù)為決策變量，利用遺傳算法進行ORC換熱設備結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)多目標同步優(yōu)化，獲得多目標優(yōu)化的Pareto更優(yōu)前沿及對應的更優(yōu)系統(tǒng)運行參數(shù)和更佳換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。北京高效磁浮渦輪ORC發(fā)電裝置
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