ORC发电系统变热源温度实验研究

为研究有机朗肯循环(ORC)热源温度变化引起的循环热效率、(火用)效率、发电效率等性能的变化情况,搭建以R245fa为循环工质的ORC发电系统实验平台。实验结果表明:热源温度的提高使循环蒸发压力、冷凝压力升高,膨胀机入口温度、压力升高,膨胀比增大,等熵效率提升,膨胀做功能力增强,系统循环热效率、(火用)效率、发电效率均增大;在冷源温度为12℃,工质流量保持恒定的情况下,热源温度从87.5℃上升至108.1℃时,循环热效率由4.1%提升到7.1%,系统(火用)效率由17.2%提升到30.0%,系统发电效率由4.1%提升到7.3%。     

应用热力学分析方法与AHP_熵值法对ORC的工质比较及优化

选取4种有机工质R245fa、R123、R600和R141b做为循环工质,采用火用分析方法在烟气入口温度为150℃、出口温度为75℃的条件下,在蒸发温度为80-140℃范围内对4种有机工质的亚临界有机朗肯循环进行分析,发现系统各设备的火用效率、系统总的火用效率、热效率、净输出功随蒸发温度的升高而升高,火用损失随蒸发温度的升高而降低。当蒸发温度达到140℃时,系统各设备的火用效率、系统总的火用效率、热效率、净输出功均达到最大值,而火用损失达到最小值。因此,4种有机工质蒸发温度在80-140℃范围内的最佳蒸发温度都为140℃,且4种工质中R141b的有机朗肯循环系统各设备的火用效率、系统总的火用效率、热效率、净输出功最大,火用损失最少,所以R141b为该系统的最适合工质,R123、R600和R245fa依次次之。以系统总火用损失、热效率、火用效率和净输出功为评价指标,采用层次分析法(The Analytic Hierarchy Process,AHP),通过熵值法确定权重因子,得到R600和R245fa的综合评价指标ξ,发现R600比R245fa更优。     

非共沸工质与纯工质在ORC系统中的特性比较研究

工质的特性是影响ORC(有机朗肯循环)系统性能的重要因素之一。建立了65~100℃低温地热水有机朗肯循环发电系统数学模型,将R245fa分别与R601a和R227ea以不同比例混合作为ORC系统的工质,比较了非共沸混合物和纯物质两类工质对ORC系统循环净功、热效率和火用效率的影响。研究结果表明:无论是纯工质还是非共沸工质,系统的循环净功、热效率和火用效率都随着热源温度的升高而增大。工质在相变过程中是否存在温度滑移,是影响ORC系统性能的重要因素之一。在65~100℃的热源条件下,综合考虑3个评价指标,当R245fa配比为0.1~0.7时,R245fa/R601a混合物的循环净功、热效率和火用效率分别提升0.012~2.48 k W、0.005%~1.15%和0.08%~10.7%;当R245fa配比为0.5~0.9时,R245fa/R227ea混合物的循环净功、热效率和火用效率分别提升0.049~4.25 k W、0.057%~1.75%和0.21%~16.1%。     

高炉余能余热驱动ICR Brayton CHP装置的(火用)性能优化

采用有限时间热力学的思想,建立了高炉余能余热驱动的变温热源不可逆中冷回热(ICR)布雷顿热电联产(CHP)装置模型.以(火用)输出率和炯效率为目标优化了装置的性能,发现回热器对炯性能的影响在所有换热器中是最小的,当给定回热器热导率分配时,分别存在两个最佳的中间压比和两组最佳的高、低温侧和热用户侧换热器以及中冷器的热导率分配使炯输出率和炯效率取得最大值.进一步优化总压比,得到了双重最大(火用)输出率和炯效率.增大高炉余热源入口温度、压力恢复系数、压气机和涡轮机效率有利于提高装置的炯性能,在一定范围内,热用户温度越高越好.最后发现分别存在最佳的工质与热源间的热容率匹配使(火用)输出率和(火用)效率取得三重最大值.     

钢铁企业中低温烟气发电系统的比较和优化

为高效利用钢铁厂200～450℃烟气余热,利用EES软件模拟计算了水蒸气朗肯循环(SRC)4种有机朗肯循环(ORC)和水蒸气-有机物联合双循环(S-ORC)的热效率、火用效率和单位质量工质的发电能力。通过比较各发电系统的性能,探讨了低温发电系统的优化措施。为进一步利用ORC系统透平机乏汽余热,针对300℃以上的热源设计了梯级有机朗肯循环(CORC)。综合考虑各发电系统的性能,得出:对于200～300℃的烟气,可采用以R141b为工质的ORC发电系统;对于300～450℃的烟气,可采用CORC发电系统。由于S-ORC的热效率、火用效率、发电功率比传统SRC的高,且能有效减小工质在冷凝器的负压,对于450℃以上的热源,可用S-ORC代替传统的SRC。     

低温地热发电有机朗肯循环的优化

采用(火用)分析方法及PR状态方程,建立了低温地热发电有机朗肯循环的工质优选及主要参数优化热力学方法.比较计算了以10种干流体有机工质为循环工质的低温地热发电有机朗肯循环的输出功率、(火用)效率及其余主要热力性能.结果表明,低温地热发电有机朗肯循环的性能极大地受工质的物性及蒸发温度的影响.总体来看,随着工质临界温度的升...     

中温地热能驱动的跨临界有机朗肯-蒸气压缩制冷系统的火用分析

建立中温地热能驱动跨临界有机朗肯−蒸气压缩制冷系统的火用分析热力学模型,采用R143a作为系统循环工质,探讨膨胀机入口压力、地热流体进口温度、冷凝温度、蒸发温度对火用效率的影响规律,分析系统各个部件的火用损失。计算结果表明：合理的膨胀机入口压力应该小于1.8倍临界压力;存在最佳的地热流体进口温度使得系统的火用效率最大;降低冷凝温度和提高蒸发温度都可以提高?效率,但需要增加换热器等效换热面积作为代价;冷凝器、发生器、膨胀机、节流阀、压缩机、蒸发器、工质泵的火用损失依次降低;随着地热流体进口温度升高,冷凝器及发生器的火用损失所占的比例增大,其它部件的火用损失对应的比例则降低。本文可以为跨临界有机朗肯−蒸气压缩制冷系统的设计提供依据。     

结合ORC和VCR的中温余热回收系统性能分析

为了利用丰富的中低温余热进行制冷,本文提出了一种结合ORC(有机朗肯循环)和VCR(蒸汽压缩制冷循环)的制冷系统,并对新系统进行了热力学分析和火用损失分析。此外,对比分析了Cyclohexane、D4、n-octane及R141b四种工质的热力学性能与ORC蒸发温度、制冷剂蒸发温度及透平效率等参数对系统制冷性能的影响。结果表明:以Cyclohexane为ORC工质时,系统总制冷COP(性能系数)最高为1.262;ORC蒸发温度对制冷工质与有机工质的质量流量比有显著的影响;制冷剂蒸发温度对系统的制冷COP有显著的影响;制冷剂冷凝温度对系统制冷COP的影响比ORC冷凝温度大;ORC蒸发器、VCR冷凝器以及ORC冷凝器的火用损失占系统总火用损失的57.28%。     

低温热能-LNG双级有机朗肯循环工质选择与多参数优化

对低温热能-液化天然气(LNG)联合驱动的双级有机朗肯循环(ORC)发电系统的工质选择尽参数化进行研究。对400种工质组合下循环Ⅰ及循环Ⅱ的蒸发温度、冷凝温度和膨胀机入口温度以及冷源蒸发压力等7个参数进行多参数优化。结果表明:适宜的工质1和工质2的临界温度均约低于热源温度50℃。临界温度处于最优范围内时,循环Ⅰ工质的三相点温度和常压沸点温度越低越好,循环Ⅱ工质的三相点温度及最低允许负压对应的饱和温度以低于-50℃为佳。循环Ⅰ为过热蒸汽,循环Ⅱ为饱和蒸汽时系统效率最大。循环Ⅰ的冷凝温度越低越好;循环Ⅱ的最佳冷凝温度对应不同的循环Ⅰ工质的出现分层现象。     

喷射器对地热有机朗肯循环发电系统性能的影响

为了缓解由于冷凝温度较高带来的高背压问题,提出一种带喷射器的ORC(有机朗肯循环)发电系统。针对373 K地热热源,分析了不同工质及冷凝温度下,喷射器对系统性能的影响,并将其在有/无分流2种工况下进行比较。结果表明:采用喷射装置可提高系统性能,存在一最佳升压比a使系统性能最大,其中ORC-分流喷射系统ORC-喷射系统ORC系统,若以R245fa为工质,在Tc=298 K时,经分流喷射的系统较喷射ORC及ORC系统火用效率分别高出1.89%和6.43%。工质临界温度越高,采用喷射装置对系统性能提高越大,通过分流可以削弱工质对喷射装置的影响,使其更接近ORC系统的工质表现规律:R236faR114R245faR152a。当系统冷凝温度较高时,采用喷射装置具有重要意义。     

中低温热水发电系统循环参数和工质的选择

针对热源为80～150℃热水的有机朗肯循环（ORC）发电系统,以发电功率和效率为评价指标,分别分析了以R134a、R123和R245fa三种工质为循环介质时的系统,确定了最佳循环参数和工质。一般来说,最佳蒸发温度对应着最大的输出电功,且随着热流体温度的升高而升高;当热源温度大于120℃时,R134a的系统不存在最佳蒸发温度,此时输出电功随着蒸发温度的升高而增大。对于80～135℃的热水,工质R245fa的发电功率最大;当热水温度超过135℃时,工质R134a的发电功率最大。工质R245fa的发电效率始终是最大的。     

闭式内可逆回热布雷顿热电冷联产装置(火用)分析

应用有限时间热力学理论和方法建立了闭式内可逆回热布雷顿热电冷联产装置模型,导出了装置无量纲(火用)输出率和效率的解析式。通过数值计算分析了回热器热导率对(火用)输出率和(火用)效率的影响,发现存在临界压比,同时优化了压比,研究了热电比、制冷和供热温度等设计参数对最优(火用)输出率和(火用)效率以及相应最佳压比的影响,发现最优(火用)输出率时的设计压比要大于最优(火用)效率时的设计压比,最优(火用)输出率和(火用)效率均随冷用户温度的升高而减小,分别存在最佳的热用户温度使(火用)输出率和(火用)效率取得最大值,热用户温度对装置最优(火用)性能的影响比冷用户温度更为明显。     

非共沸混合工质用于C-ORC系统的热力学分析

以低温烟气为热源,以R245fa、R152a及不同比例R245fa/R152a混合物为工质,提出新型的再热-抽汽-内回热联合有机朗肯循环(C-ORC)系统,基于美国NIST提供的制冷剂物性参数查询软件(REFPROP)及数学处理软件(MATLAB)混合编程,以净输出功和热效率为主要目标参数,分析系统性能随抽汽回热器出口温度、再热温度、不同比例混合工质的变化关系。结果表明,相同蒸发温度下纯工质R245fa的热力性能优于R152a,其最佳的抽汽回热器出口温度分别为70和55℃,抽汽回热器出口温度对系统的影响要大于再热温度的影响;混合工质分析中,在70℃抽汽回热器出口温度、105℃再热温度下,存在R245fa/R152a最佳质量分数比0.85/0.15,对应的净输出功为37.18 k W、热效率为18.52%、火用损为30.08 k W,其中蒸发器、冷凝器所占的火用损最大。     

总能利用系统中的100kW-ORC发动机

<正> 据荷兰报道:采用有机朗肯循环(ORC)的发动机,是把中等温度和中等功率(最高温度为300℃,功率为500kW)时的热能转变为电能的一种最有效的能量转换装置。这种发动机的转速为3000r/min,功率为100W。朗肯循环的工质是二氯苯,蒸发温度为150～200℃,凝缩温度为80℃以上,从凝缩器放出的热量供暖房加热和其他热源用。在使用超音速二级轴流式涡轮时,综合效率超过13％,而由ORC发动机发出的机械功率和电功率,为市     

利用ORC-VCR回收压缩热的预冷式CAES系统性能分析

常规非绝热压缩空气储能（D-CAES）系统的储能过程通常采用四级以上的压缩机组以减少空气压缩功的消耗,导致产生大量的低品位压缩热直接排放到环境中,能源浪费严重。针对这一问题,本工作提出了一种采用有机朗肯循环-蒸汽压缩制冷（ORC-VCR）回收压缩热的预冷式CAES系统（ORC-VCR-CAES）,通过回收空气压缩阶段压缩机产生的压缩热来对压缩机入口空气进行预冷,可以进一步降低空气压缩功的消耗,提高系统的循环效率。对ORC-VCR-CAES耦合系统进行了热力学分析和经济性分析。结果表明,不同ORC-VCR循环工质对系统性能的影响较大,采用R152a作为循环工质的ORC-VCR-CAES系统综合性能最佳。其系统循环效率可达64.15%,比常规D-CAES系统提高了5.94%;在考虑外部废热能量输入时,ORC-VCR-CAES系统(火用)效率为51.90%,比常规D-CAES系统提高了4.81%。通过压缩热的回收有效减少了冷却器的(火用)损失,但压缩机组的(火用)损失仍然较大,是系统进一步优化的关键部件;经济性分析表明,当峰谷电价为1.26元和0.30元时,ORC-VCR-CAES系统的项目...     

不同工况下非共沸混合工质有机朗肯循环系统性能研究

采用MATLAB软件模拟非共沸混合工质在不同冷热源条件下对有机朗肯循环(ORC)系统性能的影响。选取R245fa/R1234ze和R245fa/R600a作为混合工质,热源温度取120和200℃,分别在冷凝露点温度为40℃和冷却水温升为5,10,15℃的工况条件下,利用热力学第一定律和火积理论对系统性能进行分析。结果表明：热源温度为200℃时,R245fa, R1234ze和R600a系统净输出功率分别为89.83,61.87和77.74 kW,使用R245fa系统性能优于其混合工质;热源温度为120℃、固定冷凝露点温度时,混合工质R245fa/R600a(90%∶10%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了27.6%和27%,R245fa/R1234ze(60%∶40%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了26%和20.5%;火积耗散和单位面积做功量与净输出功率变化相反,提高冷却水温升时,增大了系统火积耗散,且流向环境中的火积耗散在总火积耗散中占比增大,导致系统的传热不可逆损失增加。     

低温地热有机朗肯循环(ORC)工质选择

对低温(60～150℃)地热有机朗肯循环(ORC)系统,以净输出电功和系统能量损失作为评价指标,分析不同地热流体温度下有机工质R290,R134a,R600a,R600,R601a的做功能力,确定最佳循环工质.分析结果表明:对于湿流体工质,由于临界温度较低,当地热流体温度高于其临界温度20℃时,不存在最佳蒸发温度:对于60～80℃的地热流体,工质R601a的最大净输出电功最大;对于90～120℃的地热流体,工质R134a的最大净输出电功最大;对于125～150℃的地热流体,工质R290的净输出电功最大.这些结果为中低温地热利用提供设计依据.     

中温闭式热泵干燥消防水带系统的(火用)分析

通过(火用)分析的方法分析以R134a为制冷剂的中温闭式热泵干燥消防水带系统的性能，对比研究不同干燥温度下系统COP、单位能耗除湿量、(火用)损失以及(火用)效率的变化情况，确定系统最佳干燥工况。结果表明：随着干燥温度的提高，干燥时间逐渐变短，系统COP逐渐降低，总(火用)损失降低，(火用)效率随之增加。在干燥温度为65℃时系统总耗电量达到最小值，为3.01 kWh。此时单位能耗除湿量（SMER）达到最大，为0.537 kg/kWh。系统(火用)效率在干燥温度为60℃时达到最大，为44.2%，比干燥温度为40℃的最低(火用)效率提高87.3%。     

低温热源喷射式发电制冷复合系统的(火用)分析

根据热力学第二定律,对一种新型低温热源喷射式发电制冷复合系统进行了(火用)分析,并以R600a作为工质对系统进行了仿真计算.结果表明:在热源入口温度为420 K、热源热水流量为0.2kg/s、热源蒸发温度为370 K的标准工况下,系统净发电量为2.74 kW,系统制冷量为11.99 kw,系统的(火用)效率达到25.83%,系统能量利用率为45.34%;系统(火用)损失主要发生在蒸汽发生器和喷射器中.在热源蒸发温度提高过程中,系统内部工质流量发生改变,导致系统净发电量和(火用)效率小幅下降,制冷量和能量利用率先增后降.当热源蒸发温度为370 K时,系统能量利用率达到最大值.     

基于动态透平效率的有机朗肯循环性能分析及优化

常规有机朗肯循环(ORC)中透平效率多假设为定值,而实际上透平效率因工质种类和运行参数的不同而有较大差异。因此,采用向心透平效率计算模型,将动态透平效率与ORC系统耦合,分析透平效率随蒸发温度与冷凝温度的变化规律,比较固定透平效率与动态透平效率ORC系统热效率的差异。综合考虑热力性与经济性,采用多目标优化算法,对固定透平效率与动态透平效率ORC系统进行工质筛选及参数优化,并对优化结果进行分析比较。结果表明:透平效率随蒸发温度的下降或者冷凝温度升高而增大;不同工质及不同蒸发冷凝温度条件下,透平效率差异较大,最大达0.148。固定透平效率ORC系统与动态透平效率ORC系统的热效率随蒸发温度的变化规律有较大差异,尤其在高蒸发温度区间更为明显。对于固定透平效率ORC系统,R245ca和R236ea为最佳工质;而对于动态透平效率ORC系统,R114为最佳工质。在引入动态透平效率前后,各工质的最佳蒸发温度与最佳冷凝温度也有较大变化。