有機朗肯循環(huán)研究的國內(nèi)外文獻綜述1.1有機工質(zhì)的研究現(xiàn)況由于過度的燃料消耗和環(huán)境污染，節(jié)能減排技術(shù)成為世界各國迫切需要的技術(shù)。近年來，利用工業(yè)廢水、廢氣、太陽能等低品位熱源，降低化石燃料消耗，減少常規(guī)火力發(fā)電過程中的污染，對有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的研究越來越受到重視。目前有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容是工質(zhì)的選擇和優(yōu)化系統(tǒng)。有機朗肯循環(huán)使用的是低沸點、高蒸汽壓有機工質(zhì)，工質(zhì)首先在蒸發(fā)器中吸收足夠的熱量，蒸發(fā)成高壓高溫的氣體，然后氣態(tài)工質(zhì)流入膨脹機，釋放出熱能，通過與膨脹機一起工作的發(fā)電機轉(zhuǎn)化為電能，在膨脹機內(nèi)做完功后，氣體工質(zhì)進入到冷凝器中，被冷凝成液體工質(zhì)，工質(zhì)經(jīng)工質(zhì)泵壓縮后再次進入蒸發(fā)器，即完成一個循環(huán)。它可利用的低品位能主要有：工業(yè)余熱、地?zé)帷⑻枱崮堋⑸镔|(zhì)能、內(nèi)燃機廢氣熱能、海洋溫差能等。目前有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)主要使用低沸點的有機工質(zhì)，工質(zhì)的篩選對循環(huán)性能有著很大的影響。1.2國外研究現(xiàn)狀對于有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)，歐美等國家對其的研究比較早，對于低溫?zé)崮艿难芯靠勺匪莸?0世紀(jì)60年代，其中有機朗肯循環(huán)的研究最為廣泛。目前此技術(shù)已日漸成熟，國外有很多家公司研究制造有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。以色列奧馬特公司開發(fā)的有機朗肯循環(huán)的廢熱地?zé)岚l(fā)電技術(shù)處于領(lǐng)先地位，并且在各種領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，以有機碳氫化合物（如正戊烷、異戊烷等）為工質(zhì)，利用90℃左右的載熱體來發(fā)電，生產(chǎn)的廢熱地?zé)岚l(fā)電設(shè)備體積小，機動靈活性高，設(shè)備運行可靠，競爭力強，市場前景看好[[]邢夢祥.以色列地?zé)帷U熱發(fā)電技術(shù)及設(shè)備簡述[J][]邢夢祥.以色列地?zé)帷U熱發(fā)電技術(shù)及設(shè)備簡述[J].節(jié)能,1999(01):44-45.另外，美國的聯(lián)合技術(shù)公司，研制出低溫有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，高溫?zé)嵩礊?4℃，最后產(chǎn)生發(fā)電效率為8.2%。美國的Electratherm公司研究一種有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)[[]劉林頂.單螺桿膨脹機及其有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)研究[D].北京工業(yè)大學(xué),2010.][]劉林頂.單螺桿膨脹機及其有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)研究[D].北京工業(yè)大學(xué),2010.[]馮馴,徐建,王墨南,于立軍.有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)回收低溫余熱的優(yōu)勢[J].節(jié)能技術(shù),2010,28(05):387-391.表1-1有機朗肯循環(huán)的應(yīng)用情況余熱來源所處位置余熱類型流量（m3/h）進口溫度（℃）出口溫度（℃）輸出功率（kW）精煉廠美國柴油5018480300石化廠美國冷凝碳氫化合物8510485780造紙廠荷蘭低壓蒸汽1310580930燃氣輪機加拿大燃機尾氣295275925850焚燒爐日本蒸汽6.716780550日本名古屋大學(xué)的YamamotoT.[[]TakahisaYamamotoetal.DesignandtestingoftheOrganicRankineCycle[J].Energy,2001,26(3):239-251.[]TakahisaYamamotoetal.DesignandtestingoftheOrganicRankineCycle[J].Energy,2001,26(3):239-251.美國密西西比州立大學(xué)的ChandramohanSomayaji[[]SomayajiC.FirstandsecondlawanalysisofOrganicRankineCycle[J].Dissertations&Theses-Gradworks,2008.]等主要研究了有回?zé)岬挠袡C朗肯循環(huán)和無回?zé)岬挠袡C朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的性能，基于第一和第二熱力學(xué)定律，對不可逆性進行評估。結(jié)果表明，所研究的有機朗肯循環(huán)可用于低溫余熱發(fā)電，有機工質(zhì)不需要回?zé)醽硖岣哐h(huán)熱效率，因為當(dāng)透平的進口溫度提高時，它幾乎保持恒定。然而，利用熱力學(xué)第二定律分析表明，過熱的工質(zhì)會增加系統(tǒng)的不可逆性。因此，有機工質(zhì)應(yīng)該于飽和狀態(tài)，以降低系統(tǒng)的總不可逆性。在研究中發(fā)現(xiàn)，使用R113的有機朗肯循環(huán)表現(xiàn)出的熱效率最佳，使用丙烷的有機朗肯循環(huán)表現(xiàn)出的熱效率最差，然而，必須指出的是，不同的有機工質(zhì)在不同的工作溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出不同的性能。研究結(jié)果還表明，冷凝器溫度降低時，有機朗肯循環(huán)的熱效率變大，因此，在環(huán)境溫度較低的地方使用有機朗肯循環(huán)會更有效。另外對工質(zhì)類型的影響也進行了分析和總結(jié)，一般來說，有機干工質(zhì)（R113、R123、R245ca、R245fa和異丁烷）的性能優(yōu)于濕工質(zhì)（R134a和丙烷），其中熱效率最高的工質(zhì)是沸點最高的工質(zhì)（R113，Tbp=47.59℃），熱效率最低的工質(zhì)是沸點最低的工質(zhì)（丙烷，T[]SomayajiC.FirstandsecondlawanalysisofOrganicRankineCycle[J].Dissertations&Theses-Gradworks,2008.對于海洋溫差發(fā)電，其主要發(fā)電方式主要分為三種[[]DepartmentofInternationalEconomyandSocialAffairs.AGuidetoOceanThermalEnergyConversionforDevelopingCountries[R].NewYork:UnitedNations,1984:1-85.]，如圖1-1所示的開式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，圖1-2所示的閉式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，圖1-3所示的混合式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。和常規(guī)熱電站循環(huán)系統(tǒng)相比，在換熱過程中，海洋溫差能發(fā)電裝置的循環(huán)系統(tǒng)利用的是大量的熱或冷海水，本文中利用的是熱海水和冷空氣，由于熱海水與冷空氣之間溫差相對較小、能量密度低，當(dāng)溫差是20-27℃時系統(tǒng)的理論轉(zhuǎn)換效率僅有6.8%-90%，實際效率通常只有3%-4%[[[]DepartmentofInternationalEconomyandSocialAffairs.AGuidetoOceanThermalEnergyConversionforDevelopingCountries[R].NewYork:UnitedNations,1984:1-85.[]蘇佳純,曾恒一,肖鋼,王建豐,姜家駿.海洋溫差能發(fā)電技術(shù)研究現(xiàn)狀及在我國的發(fā)展前景[J].中國海上油氣,2012,24(04):84-98.圖1-1開式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)圖1-2閉式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)圖1-3混合式循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)1.3國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國近些年才開始對有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)的研究重視起來，加大了投入和研究力度，并且有關(guān)論文數(shù)目幾乎呈指數(shù)型增長，已經(jīng)成為國內(nèi)發(fā)電研究的熱點，但是與國外的研究情況不一樣的是，我國暫無能開發(fā)出完全的有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的公司，只從論文的研究內(nèi)容來看，主要以工質(zhì)的選擇與優(yōu)化、循環(huán)的對比與優(yōu)化、實驗設(shè)計與研究等理論研究為研究內(nèi)容，而對于試驗比較少，所以還需逐漸攻克諸多的關(guān)鍵技術(shù)。吳春旭[[]吳春旭,林禮群,王幸,吳必軍.閉式海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)研究[J].太陽能學(xué)報,2016,37(04):1064-1070.

]等研究了在不同冷凝溫度條件下，以氨作為比較對象,選取了R245ca、R236fa、R236ea[]吳春旭,林禮群,王幸,吳必軍.閉式海洋溫差能發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)研究[J].太陽能學(xué)報,2016,37(04):1064-1070.

葉文祥[[]葉文祥,柳長昕,劉健豪,趙聰,代天倫,馬科飛.采用溫差發(fā)電-有機朗肯循環(huán)聯(lián)合系統(tǒng)的船舶余熱利用實驗研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報,2020,54(08):50-57.][]葉文祥,柳長昕,劉健豪,趙聰,代天倫,馬科飛.采用溫差發(fā)電-有機朗肯循環(huán)聯(lián)合系統(tǒng)的船舶余熱利用實驗研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報,2020,54