工质是实现热、功转换的工作物质，简称工质。各种热机或热力设备借以完成热能与机械能相互转换的媒介物质。常见的有：燃烧气体、水蒸汽、制冷剂以及空气等。热能与机械功的相互转换是通过工质一系列的状态变化来实现的。工程热力学中所研究的系统大多为简单可压缩系，与外界交换功的模式只有容积变化功，由于气态物质具有良好的流动性和膨胀性，由于气态物质受热之后具有良好的膨胀性能和巨大的作功本领，故用作各类热机的工质基本为气态或者有相变液体，如空气、燃气、水蒸气、水、制冷剂等。

要有好的流动性和受热后有显著的膨胀性，并有较大的热容量及安全可靠，具有较好的稳定性，环境污染小（对环境友善），价格低廉，储量大（容易大量获取）。

气体或由液态过渡为气态的蒸气，如蒸汽轮机中的蒸气，内燃机中的燃气，制冷装置中的氨蒸气等。2100433B

双循环地热发电系统的低沸点工质选择十分重要，它既要有化学稳定性以及有较好的热力学特性，又要有价廉、来源广、无毒、不易燃烧等特点。要满足上述所有要求的低沸点工质是难找的， 选择时只能根据设计要求抓其主要的方面。在现有的一些双循环地热电站中，采用较多的低沸点工质有异丁烷、正丁烷、氟里昂11、氟里昂114等。为了充分利用不同工质的不同优点，采用混合工质(如异丁烷和异戊烷)也是正在发展的有前途的一种选择。双循环发电系统所采用的低沸点工质汽轮机一般为轴流式，特别是在单机功率较大时。对较小功率的汽轮机采用轴流式，可以获得很高的相对内效率。轴流式低沸点工质汽轮机的设计， 其原理与水蒸气汽轮机相同。然而，在应用地热流体的条件下，低沸点有机化合物的性质与水蒸气性质有着显著的差别， 因而设计也就存在某些不同之点。例如，低沸点工质蒸汽中的声速差不多是水蒸气声速的一半， 因而其汽轮机的设计应使其转子直径为水蒸气汽轮机转子直径的一半， 或者转速是后者的一半。此外，在相同温度范围内，低沸点工质蒸汽的密度比水蒸气高一个数量级， 而等熵焓降产生的功则少一个数量级。因此， 为了产生相同的功率， 低沸点工质的质量流量应比水蒸气的高一个数量级，虽然容积流量几乎是相等的。低沸点有机工质的高密度和小焓降，再加上不够理想的性质，对汽轮机设计有特殊要求。

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在余热发电过程中，工质对系统的性能起着关键作用。在选择工质时，力求工质在热源条件下吸热多，并能把吸收的热量有效地转化成功。

理想的双工质应该具备有如下的特征：

1)临界温度应该略高于循环中的最高温度，以避免跨临界循环可能带来的诸多问题；

2)工质的压力水平适宜。循环中蒸发温度所对应的饱和压力不应过高，冷凝温度对应饱和压力不宜过低，最好能保持正压，以防止外界空气的渗入而影响循环性能；

3)在T—S图中饱和蒸气线上ds/dT应接近零或大于零；

4)比热容小，粘度低，传热系数高，热稳定性好；

5)毒性小、不易燃、不爆炸且与设备材料和润滑油具有良好的兼容性；

6)不污染环境，ODP和GWP值较低；

7)价格便宜，且易于获得。

对于ORC系统常用的工质有R123、R245fa、R245ca、异丁烷等。预选了8种有机工质（R123 R124 R142B R236EA R114 R245fa R123 R141B R600），并对每种工质系统进行设计计算。通过对工质的热效率，不可逆性损失，单位工质的发电量，压力水平以及安全性综合考虑比较，本烟气余热发电系统的工质选用R245ca。

优点：①低沸点工质的蒸汽比容比闪蒸系统减压扩容后的蒸汽比容小得多， 而汽轮机的几何尺寸主要取决于末级叶轮和排汽管的尺寸(它取决于工质的体积流量)，因此，双循环发电系统的管道和汽轮机尺寸都十分紧凑， 造价也低。②地下热水与低沸点工质在蒸发器内是间接换热，地热水并不直接参加热力过程， 所以汽轮机内避免了地热水中气、固杂质所导致的腐蚀问题。③可以适应各种不同化学类型的地下热水; ④能利用温度较低的地热水;⑤如果地热排水回灌地下，则水中的各种不凝气体仍保留在热水里并一起回到地下， 避免了地面的大气污染。由于热水从地热井抽出一直到回灌地下始终处于压力之下，因而水中的结垢组分不会析出，从而避免了井管及管道系统中的结垢。

缺点：①低沸点工质价贵，来源不广，有的还易燃易爆，或有毒性，因而要求系统各处的密封性好，技术要求高。②由于蒸发器、凝汽器和预热器都必须采用间壁式换热器，增加了传热温差引起的不可逆热损失。低沸点工质一般传热性能较差， 换热面积要求较大， 从而增加了投资。③操作和维修要求高。