文 献 综 述

一.研究背景

在工业上最早使用的动力机是以水蒸气做为工质的。在蒸汽动力装置中，水有时处于液态，有时处于气态，比如在锅炉或其他加热设备中，液态水发生汽化生成水蒸汽，高温高压蒸汽经过汽轮机膨胀做功后，进入冷凝器后有凝结成了水再返回锅炉中，而在汽化的和凝结时可以维持定温，所以蒸汽动力循环装置循环不同于气体的动力循环。而且，水和水蒸气不能助燃，只能从外热源来吸收热量，所以蒸汽循环必须配备锅炉，因此装置设备也不同于气体动力循环。因为燃烧的产物不参与循环，所以蒸汽动力循环装置就可以利用各种燃料，比如：煤，渣油，甚至是可燃垃圾。

图1.水蒸气的朗肯循环

热力学第二定律指出在相同温度下，卡诺循环的效率最高。但在实际操作过程中难以实施，所以在实际的蒸气动力装置设备中不采用卡诺循环，而是采用朗肯循环。其中的主要原因是：首先如图1所示在压缩机中绝热压缩8-5过程很难实现，因状态8是水和蒸汽的混合物，圧缩过程中压缩机的工作不稳定；而且状态8的比体积要比水的比体积大的多，需要比水泵大的多的压缩机。其次，循环局限在饱和区，上限温度受限于临界温度，估计是实现卡诺循环效率也不高。再次，膨胀末期，湿蒸汽干度过小，及含水分太多不利于动力机的安全。所以实际循环均以朗肯循环为主。

有机朗肯循环与传统的朗肯循环相同，是由蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵四个部分构成。但其中不同的是，有机朗肯循环工质采用的是低沸点有机工质，如R134a、R245fa等，通过余热来加热有机工质，从而使工质蒸发，产生较高压力的蒸气来推动汽轮机做功，并带动发电机发电，如图为中低温余热发电的有机朗肯循环系统的流程图。有机工质在通过预热器和蒸发器中被余热流加热成状态点1的饱和或者过热蒸气，加热之后的蒸气进入膨胀机进行做功，膨胀机被有机蒸气冲转，从而带动发电机发电，做功后的排气2然后进入冷凝器中，与冷却介质（通常使用的冷却介质为冷却水或者是冷却空气）交换热量后凝结为液体6，冷凝后的有机工质通过加压泵来加压到状态点8，然后通过预热器与蒸发器加热到状态点 1，之后进入膨胀机做功，到此一个循环过程结束。

图2.有机朗肯循环的循环过程

二.研究意义

随着我国经济高速发展，节能减排越来越受到重视。我国能源利用的效率总体依旧较低。当前世界各国都十分重视能源利用的效率，一些发达国家能源利用率可以达到50%以上，美国能源得利用率已经超过60%，反观我国却只有30%左右。导致能源利用率较低其中的一个重要原因是大量的余热资源被浪费了，没有得到充分的利用。目前我国的能源消耗结构，工业能耗大约占能源消耗总量的70%，而且工业能耗的60%到65%都化为不同载体、不同温度的余热。余热按照其载体温度的不同，一般可以分为高温、中温和低温三大类，分别是高温余热（500℃以上）中温余热（200℃-500℃）低温余热（200℃以下）从余热发电的方面考虑，有机朗肯循环ORC发电技术具有操作简单，灵活性高，安全性高，维修保养方便等优点，这是回收余热的一种有效方式。所以，研究并利用低温余热有机朗肯循环发电技术是对我国的能源有效利用和发展具有重要的现实意义。

三.国内外现状