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6. ORC系统的“肺”——换热器及工质泵

作为取热设备，换热器是ORC系统重要组成部分，也是ORC系统设备投资成本的主要一块，因此要慎重选择。换热器有两个最主要的性能指标，一是传热效率(通常反映在端差温度上)，一是压力损失，换热器主要根据这两个参数来进行选型。ORC系统中通常使用两类换热器，管壳式(适合大功率热负荷场合)和板翅式或管板式(适合大功率热负荷场合)。

工质和热源换热有间接和直接两种方式，间接方式通过导热流体来取热，例如烟气余热回收发电。直接方式则直接将工质和热源换热，例如蒸汽、热水等。相比于冷凝器，蒸发器的要求更为严苛：必须要能承受高温，能承受结垢或腐蚀，蒸发器出口温度要高于烟气酸露点(通常要高于120~180℃)。对于直接与工艺过程进行换热的蒸发器，还必须把压降严格限制在工艺过程允许的范围内，同时，蒸发器的尺寸也必须满足现有空间的要求。

ORC系统另外一个重要的辅助设备就是工质泵，工质泵的作用是用来对冷凝后的液体进行提压，对于大多是ORC系统，工质泵还可以用来控制工质的质量流量，对于工质泵的选择通常要考虑以下几个因素：

1) 控制方式：容积泵的流量与转速几乎成正比关系，而离心泵的流量还和压头有关(蒸发压力与冷凝压力之差)，通过使用变频技术，可以控制工质泵的转速，从而达到控制工质质量流量的目的。

2) 工质泵效率：工质泵的耗电量与液体的体积流量以及进出口压差成正比，泵的耗电率BWR (Back Work Raito)值可表示为泵的耗电量除以膨胀机的发电量。图15给出了常见ORC工质的BWR值，可以看出：工质的临界温度越高，泵的耗电率BWR值越低;BWR值随着蒸发温度的升高而增大，当系统在工质的临界点附近运行时，BWR值到达最大值。工质泵的效率还和电机的效率有关，因此，需要为泵配置合适的电机。根据厂家提供的数据，离心泵(通常用于大机组)的效率可以达到60%以上，而隔膜泵(通常用于小机组)的效率在40~50%左右。

3) 密封性能：ORC系统运行的密封性至关重要，由于注塞泵在运行过程中会产生回流，因此ORC系统多采用隔膜泵，当选用离心泵时，轴密封的选择非常重要。

4) 汽蚀余量NPSH：ORC系统在运行时必须避免在工质泵中产生汽蚀，否则有可能损坏工质泵，减小工质的流量，并有可能导致系统停机。通过采取以下几种措施，可以降低汽蚀发生的风险：增设前置泵以提高主泵的入口压力;降低工质泵或抬高冷凝器的重心位置;加入少量不凝气体以增加工质进入泵的压力;或将ORC工质冷却至过冷状态。

7. “下一代ORC”——未来ORC技术的发展方向

目前，绝大多数的商用ORC系统在设计上都相对简单：工质大多在临界状态以下运行;采用单一工质;蒸发压力固定;部分系统采用回热器。尽管第一代ORC系统已经发展相对成熟，但仍然有很大的改进空间。回顾蒸汽循环系统的发展历程，通过引入超临界以及超超临界循环技术，系统的发电效率从24%提高到了46%(700℃超超临界循环)，那么，ORC系统的循环效率应该完全有可能提高到20%以上，而目前对于ORC系统而言，16%已经是很高的效率了。

“下一代ORC技术”的研究重点将主要包括ORC工质的优化选择(采用混合工质，甚至有可能使用完全新概念的ORC工质);对系统的流程设计进行创新改进;也有一些研究机构，把重点放在透平机械的优化设计上，希望通过提高透平效率来提高系统的运行效率。从系统控制的角度来看，目前的发展水平还是停留在对设计工况点进行控制，系统变工况运行的性能很差，有研究表明，通过改进系统的变工况运行控制，以适应热源条件的波动，系统的整体运行效率可提高10%。表7对未来ORC技术的发展方向进行了总结归纳：

原标题：【122】中文首发| ORC发电技术的经济性分析（下篇）

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