采用涡旋式膨胀机的有机朗肯循环系统试验研究

　　符 号

　　Qe———吸热量，W

　　Wt———膨胀功，W

　　Wpump———循环泵功耗，W

　　η———循环效率

　　Δp———膨胀机进出口压差，kPa

　　p0———大气压力，kPa，p0= 101. 35kPa

　　ε———膨胀机进出口压比

　　p———表压力，kPa

　　ηi———膨胀机等熵效率

　　h2，s———等熵膨胀时膨胀机出口处工质的比焓

　　m'———理论质量流量，kg / min

　　m———实测质量流量，kg/min

　　ω———流量比

　　Vt———膨胀机的理论排量，cm²，Vt= 60cm²

　　v———比体积，m3/ kg

　　h———比焓，kJ / kg

　　n———膨胀机转速，r / min

　　下 标

　　1———膨胀机入口

　　3———冷凝器出口

　　2———膨胀机出口

　　4———蒸发器入口

　　1 前言

　　一般而言，按照余热载体的温度水平不同，将余热划分为3 种，500℃ 以上为高温余热，200 ～500℃ 之间为中温余热，200℃ 以下则为低温余热。目前，采用水蒸气为工质的传统朗肯循环只适合利用300℃ 以上的余热。因为当余热温度低于300℃ 时，水蒸气饱和压力太低，蒸汽比容大，造成系统效率很低，甚至无法利用[1]。2005 年我国工业能源消耗量占全国能源消耗总量的70.5%，其中至少50% 的能量以低温余热的形式被直接排放到大气中[2 ～5]，低温余热回收利用的意义和潜力都很巨大。

　　在回收300℃ 以下的中低温余热方面，国际上一般采用有机朗肯循环(ORC) 。与传统朗肯循环的最大不同之处，ORC 循环的循环工质是有机工质，例如制冷剂等。有机工质沸点低，极易产生高压蒸汽，而且蒸发潜热比水小很多，因此在低温情况下，ORC 系统热回收效率高，具有实用价值[6 ～8]。目前ORC 系统中采用的膨胀机是透平和螺杆式膨胀机。在20 世纪，日本最早提出ORC 系统中采用涡旋式膨胀机的设想，相对于透平和螺杆式膨胀机，涡旋式膨胀机能够适用于小型ORC 系统，而且具有膨胀过程压力变化平滑，运行平稳等优点[9，10]。本文通过自行搭建小型ORC 系统，其膨胀机为涡旋式压缩机改造而成的涡旋式膨胀机，并采用R134a、R245fa、R22 和R32 4 种不同循环工质，通过试验的方法，对ORC 系统整体运行性能以及膨胀机的特性进行了研究。

　　2 ORC 试验系统