钢铁行业低品位余热有机朗肯循环（ORC）透平发电技术规范-编制说明

《钢铁行业低品位余热有机朗肯（ORC）透平发电技术规范》

行业标准编制说明

一、工作简况

1、任务来源

本项目是依据CSTM标准委员会文件下达的项目计划，《钢铁行业低品位余热有机朗肯

（ORC）透平发电技术规范》，计划号：CSTMLX010000808-2021。主要起草单位:北京华

晟环能科技有限公司、包钢集团、冶金工业信息标准研究院等。

有机朗肯（ORC）技术是可将低品位余热高效利用，发电是主要部分，钢铁企业低品位

余热资源利用价值高，资源丰富，本次制定将范围扩大，

2、主要工作过程

第一阶段：成立起草小组

2021年3月15日组织召开《钢铁行业低品位余热有机朗肯（ORC）透平发电技术规范》

行业标准编制组成立暨首次工作会议。由冶金工业信息标准研究院、北京华晟环能科技有限

公司、包钢集团等标准编制组成员出席了会议，以及研究院、河北钢铁集团邯钢公司等单位

专家出席了会议。

会议讨论并确定了行业标准项目《钢铁行业低品位余热有机朗肯（ORC）透平发电技术

规范》的编制工作分工、工作计划、工作进度及时间节点，各参编单位领导及专家着重针对

标准编制原则、编制重点问题、编制大纲、标准草案等内容提出和交换了意见和建议。

第二阶段：调研和资料收集及分析

2021年4月-6月，为做好标准的制定工作，对相关文献进行查询、归类、汇总，重点研

究和分析了以下相关标准：GB50049小型火力发电厂设计规范、GB50660大中型火力发电

厂设计规范、DL/T893电站汽轮机名称术语。并实地调研了包钢CSP余热区域综合利用项目

运行情况。

第三阶段：形成内部讨论稿

2021年6月-10月，经过冶金工业信息标准研究院、包钢集团等参编单位对《钢铁行业

低品位余热有机朗肯（ORC）透平发电技术规范》草案的沟通、修改与完善，形成了工作组内

部讨论稿，并先期以函件的形式下发给参编单位进行审查与意见的征集。编制组根据参编单

位的意见进行修改完善后形成内部讨论稿。

第四阶段；形成征求意见稿

2021年11月组织召开了《钢铁行业低品位余热有机朗肯（ORC）透平发电技术规范》标

准讨论会。编制组在专家意见的基础上进行修改完善形成征求意见稿。

第五阶段；征求意见形成送审稿

2021年12月，征求意见稿在钢标委网站予以公示。

第六阶段；审定及形成报批稿

2020年8月21日，钢标委召开网络审定会对本标准进行审定，结合会议纪要对标准送

审稿及编制说明进行修改完善，形成报批稿。

3、主要参加单位和工作组成员

二、标准编制原则

1．响应国家节能减排政策，体现科技进步和加强市场引导。

2．体现技术发展状况，加强市场准入要求，规范市场。

3．结合国内外的实际情况，在调研包钢CSP余热区域综合利用项目的基础上，制定合理

的技术要求及规范。

4．标准编写按GB/T1.1等标准编制。

三、制定本标准的目的和意义

该项目符合中华人民共和国工业和信息化部《国家工业节能技术装备推荐目录2018》工

业节能技术中重点行业节能改造技术2中（基于标准兆瓦级透平热电联供机组的低品位余热

发电技术，即是采用低沸点的有机工质进行朗肯循环，通过利用低品位余热，形成高温高压

的有机工质蒸汽，推动透平机膨胀做功，驱动发电机发电，实现热-电-冷三联供，实现不稳

定热源及低品位余热的综合利用。）的要求；符合由工信部、科技部、财政部、国资委共同发

布的《国家重大技术装备自主创新指导目录2012版》中8.4.5条文中，超低温余热回收利用

设备，有机工质朗肯循环ORC透平技术。国家在2016年发布的《十三五节能环保产业发展

规划》中，对于余热能源回收利用中，指出加强有机朗肯循环发电技术攻关，推动中低品位

余热余压资源回收利用。

目前我国钢铁工业用能效率低下，每吨标准煤的产出效率仅相当于日本的10.3%，美国

的28.6%，钢铁工业用能中约65%的能源转化为余热能源，其中温度低于350度的低品位能源，

约占余热能源的60%，我国钢铁冶金余热总量相当于达每年15000万吨标准煤，目前平均的

余热回收水平仅为30%，主要原因为我国现有技术难于回收数量庞大的低品位余热，据报道

这些余热如果用来发电，相当于三个三峡的发电量。目前还无法有效地回收利用，利用效率

极低，主要是冬季取暖和夏季放散。

钢铁行业低品位余热有机朗肯循环（ORC）透平发电技术是利用钢铁企业低品位余热，

使用低沸点有机工质（烷烃类或制冷剂等）作为循环介质，产生压力很高的有机蒸气来进入

特殊的膨胀透平来推动转子发电的节能技术。由于有机工质的沸点低，所以在低品位余热下

就可以蒸发出压力很高的有机蒸气，目前最低的余热利用发电温度为85℃，能源利用率大大

的提高，且能够使用热电冷联供，解决了钢铁企业低品位余热的利用难题。对于钢铁、冶金、

石化、造纸、等行业及大量的地热资源，能有效地最大效率的利用此低品位余热，为目前节

能减排的重点。该技术已在包钢等钢铁企业成功应用，且运行稳定，节能效果显著，以包钢

为例，按自耗电按15%、采暖天数6个月、采暖期有效利用系数0.7、年运行时间8000小

时计算，可节约标准煤3595.47tce/a，急需在钢铁行业推广应用。但目前尚无相应的行业标准，

严重影响着该技术在业内推广，急需统一的标准填补空白，以促进先进节能技术的应用，推

动行业节能减排。

四、国内外技术情况

钢铁行业低品位余热有机朗肯循环（ORC）透平发电技术最早于七十年代起源于以色列，

在世界各国都有研究。国外生产企业主要有：以色列ORMAT公司，德国GMK公司、意大利

TURBODEN、法国ENTETIME公司、美国SUNSI公司。国内主要研究企业主要有：昆明理工、

天津大学、西安交通大学、中船重工711和703研究所、北京华晟、开山股份等。目前国外

对我国实施技术封锁。为了大大降低成本，为国内低温余热行业发展做出了贡献。近年来，

国内投入了大量的资金进行研发并与国外企业合作，目前研发的有机朗肯循环基于标准兆瓦

级ORC余热利用机组已在包钢加热炉烟气余热利用中稳定运行，急需在钢铁、石化等企业迅

速推广应用，可解除技术封锁。

五、主要内容说明

1．适用范围

本标准适用于钢铁行业余热低品余热发电工作，适用于设计、改造、运行维护中的有机

工质系统优化工作。

2．．原理与流程

2.1.工作原理

钢铁生产流程中产生的低品位余热，经余热回收装置把低品位余热转化为热水（或蒸汽），

由管道输送至蒸发器加热有机工质，热水（或蒸汽）冷却后的回水（或凝结水）再由管道输

送至余热回收装置吸收低品位余热，吸热和放热连续循环。

热水（或蒸汽）在蒸发器中加热有机工质，产生的具有一定压力和温度的工质过热气体

引入ORC透平机，经过膨胀做功将热能转换成机械能，最终ORC透平机通过联轴器带动发电

机上具有磁场的转子，将机械能转换成了电能。

2.2.工艺流程

3．技术要求

3.1.低品位余热资源品质

通过对烟气资源特性、烟气成分、烟气压力等进行分析，为低品位余热有机朗肯循环发

电系统及方案提供设计依据。

3.2.通过对低压饱和蒸汽特性、参数、流量等进行分析，为低品位余热有机朗肯循环发电

系统及方案提供设计依据。

3.3.装机方案

根据余热品质和余热收集能量，通过热力计算和经济分析，确定机组容量及方案。

3.4工况条件

定义了阀门全开工况（VWO）、最大连续运行工况（TMCR）、额定工况（THA）；

3.5总平面布置

总平面布置应符合GB50016、GB50029、GB50049的有关规定。

4烟气余热回收系统

4.1烟气系统

从运行、检修等方面考虑，提出了对烟气系统的设置要求；

4.2余热锅炉

提出余热锅炉的配置原则。

对热水型余热锅炉的系统配置提出要求。

5.有机工质朗肯循环系统

5.1透平发电机组

对透平发电机组的选型及设置提出要求。

5.2设备选型

5.2.1蒸发器

蒸发器传热方式、结构形式、结构设计和制造等进行了规范，并提出工质侧和热侧的

设计参数、测点设置的要求、安全防护的要求。

5.2.2工质泵

规定了工质泵的配置原则、流量和扬程的选择原则。

5.2.3冷凝器

冷凝器传热方式、结构形式、结构设计和制造等进行了规范，并提出工质侧和热侧的设

计参数、测点设置的要求、安全防护的要求。

5.2.4有机工质储罐

有机工质储罐应符合GB/T150的规定，规定了设计压力、安全泄压、材料、测点等技术

规范。

5.3系统要求

提出了有机工质的系统设置要求，旁路系统设置要求、有机工质充放系统、ORC抽真空

系统要求。

汽水系统设计应符合现有标准和设计有关规定。

6.给排水系统、循环冷却水系统、电气设备及系统、热工自动化、采暖通风及空气调节、

建筑结构、辅助及附属设施等系统应符合相关标准的规定。

六、标准中涉及专利的情况

本标准不涉及专利内容。

七、预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况

本标准适用于钢铁行业低品位余热发电系统的优化工作，适用于设计、改造、运行维护

中的系统优化工作。

钢铁工业用能中约65%的能源转化为余热能源，其中温度低于350度的低品位能源，约

占余热能源的60%，我国钢铁冶金余热总量相当于达每年15000万吨标准煤，目前平均的余

热回收水平仅为30%，按照本技术进行余热发电量10%进行测算，全行业能够产生发电量730

亿kWh，预计能够节约2200万吨标准煤。

八、与国际、国外对比情况

没有对应的国际标准或国外先进标准，故标准不涉及采标的问题。

九、与现行相关法律、法规、规章及标准，特别是强制性标准的协调性

与现有标准无重复和矛盾，是标准体系的补充。

十、重大分歧意见的处理经过和依据

十一、标准性质和标准水平建议

本标准为推荐性团体标准。

十二、贯彻标准的要求和措施建议

希望国家有关部门尽快对本标准进行审查、发布和实施，尽快在钢铁行业内推广应用。

行业标准编制工作组

《钢铁行业低品位余热有机朗肯（ORC）透平发电技术规范》

行业标准编制说明

一、工作简况

1、任务来源

本项目是依据CSTM标准委员会文件下达的项目计划，《钢铁行业低品位余热有机朗肯

（ORC）透平发电技术规范》，计划号：CSTMLX010000808-2021。主要起草单位:北京华

晟环能科技有限公司、包钢集团、冶金工业信息标准研究院等。

有机朗肯（ORC）技术是可将低品位余热高效利用，发电是主要部分，钢铁企业低品位

余热资源利用价值高，资源丰富，本次制定将范围扩大，

2、主要工作过程

第一阶段：成立起草小组

2021年3月15日组织召开《钢铁行业低品位余热有机朗肯（ORC）透平发电技术规范》

行业标准编制组成立暨首次工作会议。由冶金工业信息标准研究院、北京华晟环能科技有限

公司、包钢集团等标准编制组成员出席了会议，以及研究院、河北钢铁集团邯钢公司等单位

专家出席了会议。

会议讨论并确定了行业标准项目《钢铁行业低品位余热有机朗肯（ORC）透平发电技术

规范》的编制工作分工、工作计划、工作进度及时间节点，各参编单位领导及专家着重针对

标准编制原则、编制重点问题、编制大纲、标准草案等内容提出和交换了意见和建议。

第二阶段：调研和资料收集及分析

2021年4月-6月，为做好标准的制定工作，对相关文献进行查询、归类、汇总，重点研

究和分析了以下相关标准：GB50049小型火力发电厂设计规范、GB50660大中型火力发电

厂设计规范、DL/T893电站汽轮机名称术语。并实地调研了包钢CSP余热区域综合利用项目

运行情况。

第三阶段：形成内部讨论稿

2021年6月-10月，经过冶金工业信息标准研究院、包钢集团等参编单位对《钢铁行业

低品位余热有机朗肯（ORC）透平发电技术规范》草案的沟通、修改与完善，形成了工作组内

部讨论稿，并先期以函件的形式下发给参编单位进行审查与意见的征集。编制组根据参编单

位的意见进行修改完善后形成内部讨论稿。

第四阶段；形成征求意见稿

2021年11月组织召开了《钢铁行业低品位余热有机朗肯（ORC）透平发电技术规范》标

准讨论会。编制组在专家意见的基础上进行修改完善形成征求意见稿。

第五阶段；征求意见形成送审稿

2021年12月，征求意见稿在钢标委网站予以公示。

第六阶段；审定及形成报批稿

2020年8月21日，钢标委召开网络审定会对本标准进行审定，结合会议纪要对标准送

审稿及编制说明进行修改完善，形成报批稿。

3、主要参加单位和工作组成员

二、标准编制原则

1．响应国家节能减排政策，体现科技进步和加强市场引导。

2．体现技术发展状况，加强市场准入要求，规范市场。

3．结合国内外的实际情况，在调研包钢CSP余热区域综合利用项目的基础上，制定合理

的技术要求及规范。

4．标准编写按GB/T1.1等标准编制。

三、制定本标准的目的和意义

该项目符合中华人民共和国工业和信息化部《国家工业节能技术装备推荐