关于低温热能有机物发电系统热力的论述

摘要：低温热能的种类有很多种，如果能够将这一部分能源充分的利用，对于节能降耗来说具有非常重要的意义。目前将低温热能用于发电技术的研究，我国已经取得了一定的进展。本文主要针对当前低温热能有机物循环发电系统的应用情况进行分析，并对工质性质、工作环境等问题进行了探讨，希望促进低温热能发电的发展。

关键词：ORC循环发电；工质；热力原理

中图分类号：O414.1 文献标识码：A 文章编号：

低温热能有机物发电主要是基于ORC循环发电系统，是一种优良的低温型热能有机物发电系统。其以低沸点的有机物工质，进而在温度较低的环境下，做到节能高效的热能利用。同时，对于系统的工质选择非常重要，尤其是其热力性质的满足，是系统良好运行机能的基础。并且，在ORC系统的构建中，要明确好各参数的计算与处理。

1基于ORC循环下的有机物工质分析

1）有机物工质的性质分析。有机物工质作为一种节能高效型媒介，在压力特征和属性上，具有鲜明的特点。尤其是压力特征中的压力承受度，是衡量工质指标的重要依据。

①压力特征，尤其是工质的选择。良好的ORC循环系统，需要构建于科学的工质之上。因此，在选择有效的工质之前，需要针对各工质压力承受度，进行合理的评估。对于低温型热能有机物发电系统而言，其对100℃以下的热能，不宜以水为工质，进而造成发电系统的负压状态下的工作。同时，以水作为工质，对于发电系统的密封工艺有更高的要求。并且，以水为工质的做功率低于传统有机工质。因此，无论是从发电系统工艺要求上，还是从热能率上，以水作为工质是不科学合理的。

对于发电系统而言，其有机工质要基于系统功率，合理的相应工作压力的工质。工质的工作压力高于发电系统的功率需求，使得系统的热能利用率降低，尤其是系统管道壁的厚度增加，不仅加剧了系统的造价成本，而且增加了管道的热能损耗，这点不符合高效的原则。同时，工质的工作压力过高，造成发电系统的诸多设备处于超额工作状态，诸如转换器处于疲劳状态下，自损能量的消耗增大，进而大大降低了系统的工作效率。因而，在ORC循环发电系统的构建中，要基于系统的设计需求，科学的选择工作压力相应的工质。

②工质的干湿。有机工质在干湿的控制，主要通过饱和蒸汽度来表示。尤其是基于饱和蒸汽线的斜率来表现工质的干湿，增加了控制的有效性。饱和蒸汽线是S—T下，T随S的变化曲线。基于曲线的变化率，可以合理的表现出工质的干湿程度。并且，当曲线的曲率趋于零时，说明工质是绝热工质。研究发现，当曲线的曲率小于零时，工质的湿度较大，是湿工质。相应地，曲率大于零时，工质含水量较少，可以视为干工质。

对于ORC循环系统而言，其适宜采用干工质。在ORC系统热能较小情况下，容易造成机轮发生膨胀，进而造成工质遭到损害。并且，机轮在湿工质的环境下工作，缩短了使用寿命，不利于系统的正常运行。同时，干工质在人能的影响下，其膨胀范围在设计范围之内，避免了膨胀幅度过大，出现干工质超出过热区的问题。由研究发现，在干工质之中，参入水或含氢键的有机物，可以增加工质的工作压力，使得系统的功率增大。

2）低温型热能有机物发电系统，在性能上注重节能高效的突出。因而，工质的性质除了工作压力和干度控制外，还对于其环保性能有严格的要求。干工质在运用过程中，其对大气的臭氧层造成一定的破坏，并且温室效应也是其产生的一个问题。因此，在工质的性能控制上，要重点对于其各项指标的控制，尤其是臭氧层和温室效应。同时，工质的热稳定性也非常的重要，其是确保系统正常工作的重要方面，并且工质的热传导性能，是提高ORC循环功率的有效途径。

2ORC循环系统的构建

ORC循环系统的构建中，需要明确好其工作原理，尤其是循环发电系统的模型建立，是ORC循环系统构建的基础。往下基于ORC循环系统的工作原理和效率展开论述。

1）循环系统的热力原理。循环系统中的工质是热能与机械能相互转化的媒介，是在膨胀条件下的平移做功。并且，工质的运动热能在冷凝器中释放。工质的运动能力主要由泵提供，而且工质吸收了低温热能。工质在整个的做功过程中，其经历了加热、沸腾、加热的循环过程。因此，ORC具有节能高效的性能，对于系统的余热，可以进行回收利用。当然，在对于热源的控制上，选择温度适宜，最好温度不能过高的热源。在实际的ORC系统的构建中，大量采用绝缘工质，其在使用中的过程中，要保证好充分的热度，进而使得工质的干度在安全范围之内。

2）ORC发电系统的效率。ORC循环系统的发电效率主要由系统内耗和透平做功而决定。尤其是工质对于热能的吸收量，直接影响系统的热能转化率。同时，泵作为主要系统内耗，其在系统的构建中需要强化控制。并且，工质的膨胀做功量，也是发电系效率的重要因素。在对于功率一定的系统构建中，其主要以透平流量为指标，通过控制工质各状态下的比容。

3）相关参数计算。首先，对于机轮的膨胀比值的计算非常关键。其主要基于机轮进出口压力的比值计算，控制工质的工作压力。由研究发现，工质的蒸汽温度应控制在80℃上下，并且工质的透平工作的效率在0.8上下。通过上述，我们知道，泵是系统内耗的重要部分，因而在泵的选择上，其参数控制非常重要，以变频方式为主。同时，管道的散热或漏热控制，也是参数计算的重要部分，基于相关参数的计算，控制好管道的厚度，进而优化系统的造价成本控制。

不同膨胀率下的工质，其效率是不一样的。ORC系统的效率与膨胀率呈现出线性关系，即ORC系统的效率随着膨胀率的增大呈现出增大的趋势。由曲线的研究发现，当膨胀率趋于3.0时，其系统的利用效率几乎为零。因此，有其曲线可以知道，膨胀比值增大，工质平移做功量和吸收量增加，进而增大了系统的热能利用效率。所以，在系统功率的创造时，要基于系统发电的设计量，合理地控制热能的相对吸收量。

在参数的分析中，关于流量的分析非常关键。对于同一工质而言，其流量与膨胀率呈反比。因此，在系统功率的设计中，要适当的增大膨胀率，进而加大工质的功率。同时，对于不同参数值的工质，其性能，诸如热能吸收、做功等，都存在较大的差异。因而，对于不同的工质，其流量不同，进而做功量也不同。当然，在对于相关参数的计算中，关于环保元素的参数的控制也是非常重要的。也就是说，工质的选择上，不仅需要针对于其性质，而且对于环保性能的控制，也是实现ORC系统性能的关键。

3结束语

在ORC循环系统中，工质的性能对于循环系统的形成具有极大的影响力。工质是实现热能与机械能相互转化的媒介，不同的有机物工质，可产生不同的热能。并且，ORC的不同有机物工质模式，实现了能量的多级利用，减少了热能吸收时的损失。同时，在绿色环保理念的背景之下，有机物工质可以很好地实现发电系统的节能高效。

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