ORC系统蒸发器性能分析及其对柴油机性能影响

采用Fluent软件对ORC余热回收系统中的蒸发器进行数值模拟,分析蒸发器壳侧柴油机尾气的流动与传热特性,并利用场协同原理讨论蒸发器的换热性能。此外,为进一步研究ORC系统中蒸发器对柴油机性能的影响,利用GT-Power软件建立柴油机仿真模型,选取柴油机不同工况点得到柴油机功率、转矩及有效燃油消耗率(BSFC)的变化情况。结果表明,加装ORC系统蒸发器后由于排气背压增加,导致原柴油机功率和转矩有所下降,BSFC有所上升,且随着柴油机转速的增加,柴油机的功率损失、转矩损失和BSFC增量均逐渐增加。     

车用柴油机有机朗肯循环余热回收系统性能计算研究

以某车用柴油机排气余热为研究对象,建立有机朗肯循环(ORC)余热回收系统热力学模型,分析主要设计参数包括对ORC余热回收系统性能有影响的蒸发压力、冷凝压力、蒸发器出口工质过热度、冷凝器出口工质过冷度等,通过自编程序计算研究了工质流量、系统热效率等系统性能参数的变化规律。研究结果表明:提高系统的蒸发压力,降低冷凝压力有利于提高系统的性能;对于R123工质,过热度增加对系统的性能影响不大,而对于乙醇工质,过热度增加有利于系统效率提高;冷凝器出口工质过冷度的增加给循环性能带来不利影响。     

?损失成本分析法在ORC发电系统优化中的应用研究

为寻找有机郎肯循环(ORC)发电系统热经济优化方向,依据系统工艺过程特点,应用热力学第二定律分析了系统内部不同位置的?流及?损失,按照热经济学原理分析了热经济成本传递对单位?流成本及?损失成本的影响,并提出优化价值系数以判断降低?损失的非能源成本代价。通过对某工业企业ORC余热发电工程项目分析得到:蒸发器年?损失最大,占总年?损失的43.11%,冷凝器年?损失次之,占比为33.08%;膨胀机年?损失成本最高,占总?损失成本的47.53%,蒸发器次之,占比为28.58%。从减少?损失角度考虑,蒸发器是最需要被关注的设备;从降低?损失成本角度考虑,膨胀机最应得到优化;从减少?损失需要投入的非能源成本考虑,蒸发器、冷凝器的优化价值系数较高,可以优先考虑增加投资。?损失成本分析法为ORC低温发电系统多目标优化提供了参考。     

车用柴油机-有机朗肯循环联合系统的设计及分析

针对一台车用柴油机全工况范围内排气能量的变化规律,设计了一套有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)余热回收系统,进而与车用柴油机耦合形成了车用柴油机-有机朗肯循环联合系统。ORC余热回收系统采用非共沸混合工质R416A,以高效回收柴油机的排气能量。采用螺杆膨胀机作为有机朗肯循环系统的动力输出部件,通过试验测试确定螺杆膨胀机的最优工况点(进气压力1.7MPa、膨胀比8、等熵效率0.65),进而设定有机朗肯循环系统的最优运行参数。研究结果表明:加装有机朗肯循环系统后,与原柴油机相比,车用柴油机-有机朗肯循环联合系统的输出功率最大提升了30.6kW,热效率最大提升了10.99%,余热回收效率最高可达10.61%,有效燃油消耗率最大降低了35g/(kW·h)。     

基于ORC的柴油机排气余热回收蒸发器传热特性试验与数值分析

针对某款柴油机排气余热能量,试制一种板翅式蒸发器并建立热力学模型,通过柴油机排气余热台架试验数据验证模型的准确性与有效性,分析有机朗肯循环(ORC)R245fa工质流量与柴油机排气流量的匹配关系及对蒸发器传热特性和ORC性能的影响。结果表明:在各转速满载工况下,工质流量可在有效工作区间内连续变化,而不必局限于某一指定流量,在该区间内蒸发器及ORC输出净功率和热效率均能保持较好的热力性能;蒸发器传热能力主要受工质影响,在低转速小流量时,蒸发器效能和传热单元数较高,但蒸发器传热系数和传热面积的乘积(UA)和回收的排气能量较低,限制了ORC在低转速一般工况下的应用,在高转速大流量时,传热单元数较低,但UA值和排气余热能量较高,可回收较多的排气余热能量。     

内燃机烟气余热ORC系统热力学特性分析

本研究分析了ORC对内燃机烟气余热回收的节能潜力及关键参数影响规律。该研究采用理论模拟方法,基于某内燃机实际特性曲线,分析了负荷变化,对ICE-ORC联合循环系统整体输出功率及热效率的影响。模拟结果显示额定工况条件下,该系统方案的整体热效率较独立ICE系统提高3.3%,内燃机低负荷条件下可能出现露点温度的情况,存在腐蚀设备的隐患。上述研究表明,采用ORC对内燃机烟气余热能够进行有效回收,且节能潜力随着内燃机负载的增加而提高。     

不同类型蒸发器对ORC系统影响的实验研究

以中低温能源的高效利用为目的,在稳定热源和变工质流量条件下对以2种不同类型换热器为蒸发器的有机朗肯循环(ORC)发电系统进行实验研究。研究结果表明:ORC系统中板式蒸发器的最大换热系数约是管壳式蒸发器的1.6倍;系统性能方面存在合适工质流量使得系统性能最佳,采用管壳式ORC系统最大热效率与效率约为采用板式ORC系统的1.5倍;在膨胀机进口过热度较低时,板式蒸发器的蒸发空间是制约板式ORC系统性能和稳定性的重要因素;结合2种换热器特点,提出2种换热器串联作为蒸发器的改进设想。     

超临界二氧化碳布雷顿/有机朗肯循环联合系统的热力学特性

针对再压缩式超临界二氧化碳布雷顿发电循环(S-CO_2),将有机朗肯循环(ORC)作为底循环用于回收系统余热,建立了S-CO_2/ORC联合循环。采用Aspen Plus建立分析模型,根据顶循环余热温度范围和安全环保要求,选取R245fa作为ORC系统工质,分析透平进口温度、透平进口压力及分流比对循环效率的影响,并通过分析耗能设备的功率变化找到影响系统效率变化的因素。结果表明:通过顶循环低温余热的回收利用,系统热效率提高4%以上;增大透平进口温度可提高顶循环的热效率,但对底循环热效率的影响较小;随着顶循环透平进口压力的增大,顶循环热效率增加而底循环热效率下降;在透平入口温度680℃、入口压力280 MPa的条件下,存在最优的再压缩循环分流比0.66使得联合循环热效率最高;使用ORC底循环回收顶循环余热,最高可以将系统热效率从50.3%提高到53.7%,联合系统可以获得6.7%的效率提升。     

基于遗传算法的汽油机朗肯循环余热回收系统的优化

为了更加高效利用汽油机排气余热,分析了某款汽油机排气余热回收潜力,建立了基于蒸发器和活塞式膨胀机的汽油机-朗肯循环联合余热回收系统模型。利用遗传算法,同时考虑膨胀机输出功、排气利用率、蒸发器效率和膨胀机绝热效率,以膨胀机输出功和系统总效率为优化目标,以蒸发压力和膨胀机转速为优化变量,对汽油机4个工况下朗肯循环系统的最佳运行参数进行了研究。结果表明,在整个发动机转速范围内,排气最大可利用效率均高于46%,转速越高则排气品质越高。在不同工况下存在最优的膨胀机转速和蒸发压力。经过优化,在选取的4个工况下,功率提高率均在6%以上,最高达到7.08%。     

基于GT-Suite的有机朗肯循环系统性能分析

采用GT-Suite软件针对固定式天然气发动机排气余热回收系统(ORC)进行数值模拟,分析膨胀机的动态特性并以此确定ORC系统的运行状态,并在此运行状态下研究固定式天然气发动机-ORC联合系统的运行性能。结果表明,当固定式天然气发动机在低负荷区域运行时,膨胀机内的有机工质质量流量波动明显。联合系统的热效率随着发动机负荷的增加而增大,但是在高负荷区域增加幅度不明显。当发动机运行在额定工况点时,联合系统的热效率最大可提高5.0%,有效燃油消耗率(BSFC_(com))最大可降低4%。