DataLife Engine / Принцип работы ORC генератора тока

Принцип работы ORC генератора тока

ORC -Organic Rankine Cycle

Что такое ОРЦ - Органический Цикл Ренкина.
Термодинамический цикл Ренкина преобразует тепло в работу. Тепло подается во внешне замкнутый цикл, который обычно использует воду в качестве рабочих жидкостей. Цикл Ренкина на водяной основе обеспечивает приблизительно 85% мирового производства электроэнергии. Атомные электростанции и ТЭЦ работают на цикле ОРЦ.

Кто придумал ОРЦ - Вильям Ренкин- William Rankine.
Цикл Ренкина носит имя Вильяма Джона Макуорна Ренкина (1820 - 1872), шотландского инженера и физика. Он был одним из основателей и внес огромный вклад в науку термодинамики. Ренкин разработал полную Теорию парового двигателя. Его учебниками по науке и технической практике, пользовались в течение многих десятилетий после их публикации в 1850 и 1860. Он опубликовал несколько сотен документов и записок по науке и технике. Ренкин был избран членом Королевского общества в 1853 году и стал профессором гражданского строительства и механики при университете Глазго в 1855 году. Его интересы были весьма разнообразны- в молодости это были ботаника, потом теория музыки и теория чисел, а позже самые основные отрасли науки - математики и инженерии.

Почему цикл именно "Органический"?
"Органичесикй"- это выражение, обычно используемое химиками для описания любых молекул, содержащих водород и углерод. В Органическом Цикле Ренкина используются химические испарения вместо пара, как оно используется в оригинале цикла, придуманном самим Вильямом Ренкиным. Химикаты или хладагенты, используемые в Органическом Цикле Ренкина включают фреон, бутан, пропан, аммиак, и новые, "экологически чистые", хладагенты. Для удобства они носят сокращенные названия – R123, R245.. Ниже видно какая разница существет между водой и хладагентами:
При атмосферном давлении вода кипит при 100С, фреон R123 при 27,8С, а фреон R245fa при 15,3С. (фреон R142b, который используем мы в своем опытном образце кипит при -8С, а при 80С имеет давление паров почти 13 бар)
Принцип Органического цикла Ренкина основывается на работе турбогенератора на основе паровой турбины для преобразования тепловой энергии в механическую и, наконец, в электрическую энергию с помощью электрического генератора. Вместо водяного пара в системе ORC испаряются органические жидкости, которые характеризуются более высокой, чем вода, молекулярной массой, что приводит к замедлению вращения турбины низкого давления и отсутствию разрушения металлических деталей и лопаток, что присуще паровым турбинам.

Рабочее тело органического цикла Ренкина (ORC)

Для утилизации низкотемпературных тепловых избытков требуется жидкость с температурой кипения ниже, чем у воды. Первоначально в качестве таких жидкостей использовались углеводороды, откуда и появилось название – органический. Теперь в качестве рабочего тела могут использоваться пропан, пентан, толуол, HFC-R245fa. Использование данных жидкостей в качестве рабочего тела в ORC-цикле возможно благодаря более низкой температуре кипения.

Давление / Рабочее тело Вода HFC-R245fa
1 бар 100 °С 15,6 °С
19,6 бар 212 °С 121 °С

Возможные источники теплоизбытков:

Схема ORC-системы

Как это работает

Рабочее тело в ресивере находится в жидком состоянии при температуре и давлении конденсации. Насос перекачивает R245fa в испаритель, повышая давление. Рабочее тело проходит через экономайзер, нагреваясь теплом пара из электросилового модуля. Далее рабочее тело попадает в испаритель, где происходит переход в паровую фазу за счет передачи тепла от внешнего источника. Затем оно в виде пара попадает в турбину в электросиловом блоке, на которой давление пара снижается до давления конденсации, приводя в движение ротор с электрогенератором. Выполнив работу в электросиловом блоке, рабочее тело все еще содержит большое количество тепла, часть которого передается жидкой фазе в экономайзере для повышения эффективности работы системы в целом. Рабочее тело в парообразном состоянии попадает в охладитель, где конденсируется в жидкость, после чего стекает в ресивер для повторного использования в цикле.

Применение ORC-турбины

Низкопотенциальное тепло неприменимо для других типов генерации энергии и обычно рассеивается в атмосферу. Применение ORC-турбин целесообразно для утилизация тепла дымовых газов, в том числе от микротурбин, а также для использования промышленных выбросов химической отрасли, печей, сушилен, котельных.

3-08-2017, 19:51
Вернуться назад