ORC样本(boer).doc

Renewable Power Generation through
Organic Rankine Cycle Technology
Geothermal
地热能
Ocean Thermal
海洋热能
Salor Thermal
太阳能
Biomass
生物能
Waste Heat Recovery
废热回收
利用有机朗肯循环技术实现可再生能源发电
SHANXI POWER ENERGY TECHNOLOGY Co.,LTD
陕西博尔能源科技有限公司

简介：
低品位废热余热回收利用—ORC透平膨胀发电站
博尔透平（Power Turbine）膨胀发电站
实现能源梯度利用  为节约能源做贡献

博尔透平膨胀发电站——
• 全球领先的朗肯循环发电技术
•膨胀主机等熵效率高达98%
•300吨/小时，85℃蒸汽，55℃冷却水条件下，净发电量可达1MW
•低品位热能发电的最有效的实现方式

应用领域：
地热能        
海洋热能         
太阳能                  
生物能      
柴油机尾气及气缸冷却热水回收          
焦炉烟气废热回收             
其它温度适合的热能

Power Turbine是ORC发电产品的必然选择
十多年的专业经验使博尔处于透平机领域的领先地位，它拥有一支可靠、高效、高质量的透平发电机系统。
Experts in Turbo machinery透平机械方面的专家
l 了解地热能、海洋热能、太阳能、生物能、废热回收系统的技术要求
l 根据客户需求，评定现场条件来确定其应用
l 通过全面的周期分析和工艺优化计算出了最大效率参数
l 为客户设计的工程规范
－机械与气动设计
－仪表与控制系统
－系统软件包的配置
客户定制服务
l 公司内部有加工车间、检验工序和装配车间，以确保生产过程控制和产品的高质量
l 博尔熟知产品和工艺要求，致力于高质量的加工，有严格的公差要求，并且生产成本低。

博尔（POWER） 廉价的ORC系统比其他的更小、更简单、更环保，而且还可以通过定制满足您的需求。
解决方案的范围广泛
l 功率范围：200kW～2.5MW
l 温度范围：80°～ 240°
l 压力比范围： 2:1 ～ 12:1
l 模化流道设计可以实现设计条件下的最大功率
l 广泛的有机工质适合你的设计需要（温度、压力、设计输出频率）

每千瓦的投资成本较低
l 每千瓦的占用面积最小
l 高性能和最高效率的工程
l 涡轮机/发电机的装置是密封式的，而不是轴封式，因此不存在有机工质泄露问题
l 直接驱动发电机不需要变速箱
l 涡轮盘直接安装到发电机轴上
操作和维护费用低
l 不需要经常维护轴端密封件、齿轮和联轴器
l 无油运行——涡轮发电机依靠的是磁悬浮轴承，不需要润滑油系统

透平式膨胀机(Turbine Expander) 用途
透平式膨胀机属于实现热功转换的热能机械，利用低品位热源，实现功率输出。传统的热功转化，是利用高压、高温过热蒸汽推动汽轮机转动，再带动同步发电机，从而实现热到功的转化。电力，属于最高级别的能源，使用传输方便，是现今最主要的工农业生产动力来源。汽轮机等发电机组，消耗的是高品位能源或原料，无法使用低品位的能源，同时产生很多废热。透平式膨胀动力机正是利用低品位的热源，实现热功转换。这样做的好处是，热源可以是余热、废热，变废为宝，降低了能耗，增加了产出。
1   使用要求条件
温度高于85℃的热水
温度高于85℃的其他液体，如油，化工原料
低压水蒸汽
烟气
高压水蒸汽
2   收益
一般以发电为目标，用户可以得到电力
特殊使用
3    产品种类
 （1）ORC型膨胀机（ORC  Turbine  Expander）
使用有机介质，在一个封闭循环内部实现朗肯循环，从高温热源吸热，向低温热源放热，输出轴功率或发电。
膨胀机需要利用循环系统才能起作用，不能单独使用。机组结构复杂。
所需条件低，更适合低品位热源回收。

循环流程示意图

ORC热力循环原理图

ORC透平式膨胀机运转原理：
有机工质在换热器中从余热流中吸收热量, 生成具一定压力和温度的蒸汽, 蒸汽进入透平机械膨胀做功, 从而带动发电机,从透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放热, 凝结成液态, 最后借助工质泵重新回到换热器, 如此不断地循环。
ORC循环组成部件
ORC循环中，工质的作用是将热源的热值提取出来，将温度转化为压力、动力，从而实现低温热源的动力输出。因为无压力、低压力的热源，无法利用其它办法实现热工转换，ORC透平膨胀机是唯一选择。
ORC循环系统特点
1) 利用低品位热能的热效率较高；设备紧凑，ORC膨胀机的尺寸小；
易于适应化学成分比较复杂的地下热水。
2) R245fa是一种不易燃、低压的HFC制冷剂，属于等熵流体，在余热回
收中属于中亚范围，具有较好的性能。具有适当的饱和蒸汽曲线形状；较高的汽化潜热及密度，因此有助于提高热效率；稳定性好，环境适应性强，无毒性和腐蚀性，不可燃，安全性好，性价比高。
3) 集成电力模块。高效的密度模块：密封系统、集成膨胀轮、做到高速旋
转部件之间（梳齿密封）无泄露。高速发电机：200KW、变速、发电效率为98%、无齿轮箱和联合润滑系统，3000rpm,无振动。采用了磁悬浮轴承及磁悬浮控制器，非接触式运行、低能耗、无润滑系统、无密封、部件终身免维护、成本低、实时监测转子的不平衡性。
4) ORC系统的维护。系统投运后，做到无人值守；系统运行期间，
基本做到免维护。低维修成本。
该设计已获国家发明专利（专利号ZL200520078292.7）。
工质的选择很重要，对于发电效率的高低、机器设备的规格、造价，它都能有影响。最好的工质是R245fa。
（2）蒸汽型膨胀机(Steam  Turbine  Expander)
利用高温高压蒸汽直接进入膨胀机膨胀，输出轴功率。
可不用循环系统，机组简单。
所需条件较高。

蒸汽直接膨胀原理图
水蒸气在换热器中从余热流中吸收热量, 生成具一定压力和温度的蒸汽, 蒸汽进入透平机械膨胀做功, 从而带动发电机,从透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷却水放热, 凝结成液态, 最后借助水泵重新回到换热器, 如此不断地循环。
4    ORC型膨胀机应用领域及规格
（1）热源为地热水，实现朗肯循环的流程图如下：

热源为地下热水，实现朗肯循环的参数。
    在其余条件不变的条件下，提高热源温度、降低冷却水温度，有利于提高发电量。
定义名义工况  40℃冷凝(工质)，80℃蒸发（工质），0.79Mpa(工质)在此工况下，不同膨胀机性能如下：

膨胀机型号
额定功率kW
热水入口温度
℃
热水出口温度
℃
热水压力
Mpa
热水流量
t/h
BE710,3000rpm
300
80
50
~0.32
90
500
80
50
~0.32
140
800
90
60
~0.32
230
1000
85
55
~0.32
300
BE315,3000rpm
200
85
55
~0.32
70
300
90
60
~0.32
95
500
80
50
~0.32
150
800
80
50
~0.32
240
others
可咨询博尔技术部

（2）热源为焦炉烟气，实现朗肯循环的流程图如下

热源为焦炉烟气，实现朗肯循环的参数如下：
      在其余条件不变的条件下，提高热源温度、降低冷却水温度，有利于提高
发电量。定义名义工况  30℃（工质）冷凝，142℃（工质）蒸发，压力2.9Mpa（工质）在此工况下，不同膨胀机性能如下：

膨胀机型号
额定功率kW
烟气入口温度
℃
烟气出口温度
℃
烟气压力
Mpa
烟气流量
Nm3/h
BE710,3000rpm
300
275
145
~0.1
36000
500
300
140
~0.1
50000
800
280
150
~0.1
96000
1000
275
145
~0.1
120000
BE315,3000rpm
200
300
140
~0.1
20000
300
275
145
~0.1
36000
500
300
140
~0.1
50000
800
280
150
~0.1
96000
others
可咨询博尔技术部

（3）热源为导热油，实现朗肯循环的流程图如下

热源为导热油，实现朗肯循环的参数如下：
     在其余条件不变的条件下，提高热源温度、降低冷却水温度，有利于提高
发电量。定义名义工况  40℃（工质）冷凝，142℃（工质）蒸发，压力2.9Mpa（工质）在此工况下，不同膨胀机性能如下：

膨胀机型号
额定功率kW
导热油入口温度
℃
导热油出口温度
℃
导热油压力
Mpa
导热油流量
t/h
BE710,3000rpm
300
200
60
~0.38
21
500
220
80
~0.38
35
800
200
60
~0.38
56
1000
220
80
~0.38
70
BE315,3000rpm
200
220
80
~0.38
14
300
200
60
~0.38
21
500
220
80
~0.38
35
800
200
60
~0.38
56
others
可咨询博尔技术部

5    ORC余热发电系统外形图片：
轴流式ORC膨胀机外形如下：

 发电系统的外形图如下：

6 ORC发电装置效率
ORC发电装置效率比中、高温水平的汽轮机发电要低很多，ORC发电效率一般在10-15％左右，目前世界各国的技术水平都是这样，这是ORC发电机组的自身特性决定的。ORC发电装置对环境温度敏感，相同的余热和机组，在不同的地区使用，因为环境温度的高低，决定了介质的冷凝温度。当冷凝温度降低10-15℃时，发电量成倍增长，南方和北方发电量相差近一倍。北方平均环境温度低，发电量大。南方则发电量明显减小。

7、ORC发电装置的主要配置及功用
主要配置有蒸发器、透平膨胀发电机、冷凝器、工质泵、回热器、系统自动控制和并联网设备。
1、蒸发器功用：蒸发器相当于汽轮机发电系统中的余热锅炉，有机工质在蒸发器内与余热源进行热交换，由液态变为具有相当压力的气态；
2、透平膨胀发电机功用：将有机介质气体的压力能和热能转换成机械能，机械能转换成电能；
3、冷凝器功用：将做功后气液两相介质全部冷凝为液体；
4、工质泵功用：将液态工质泵入蒸发器
5、快速关断阀功用：当发电装置出现故障时，快速切断进气和关机；
6、系统自动控制和并联网设备功用：自动控制全系统稳定可靠的工作，保证并网电力符合电网和使用要求。