不同工质对太阳能有机朗肯循环系统性能的影响

循环工质的特性是影响有机朗肯循环系统性能的重要因素之一,在不同的蒸发温度条件下,选取R600、R600a、R245fa、R236fa、R236ea、R601、R601a、RC318及R227ea共9种有机工质,基于热力学第一定律和第二定律对其热力循环特性进行了计算分析,并对各有机工质的蒸发压力、热效率、功比和不可逆损失等进行了比较.结果表明：R245fa作为太阳能低温热发电朗肯循环系统的循环工质具有较高的热效率和效率,并且产生的系统总不可逆损失较小,是一种较理想的有机工质;其次,R236fa和R236ea作为系统循环工质也具有较为良好的性能.     

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。     

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。     

有机朗肯循环在低温余热利用领域的应用分析

本文计算比较了R134a, R245fa, R141b三种典型有机工质在特定传热条件下的朗肯循环热效率情况,最后选择R134a作为系统循环工质。以某化工厂温度为105℃的排空蒸汽余热为案例,提出了有机工质朗肯循环的简化模型,并且在理论上对其进行了热效率和火用效率的分析。依据条件通过计算选择了压比为4的螺杆膨胀机代替了传统的汽轮机,计算出R134a流量以及蒸发器的结构参数,利用软件对蒸发器的传热进行了数值模拟。     

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。     

有机朗肯循环与再热式循环低温热源发电系统热力性能研究

针对120℃以下的低温余热热源,探讨了基本有机郎肯循环发电系统和再热式有机朗肯循环发电系统模型的基本原理.从热力学第一定律角度出发,研究了纯工质R245fa和非共沸混合工质R21/R245fa在基本有机郎肯循环系统中,以及纯工质R245fa在再热式有机郎肯循环系统中,三种形式的有机郎肯循环系统热力性能随蒸发温度的变化情况.与纯工质基本有机郎肯循环系统相比,再热式有机郎肯循环最大可提高系统净输出功7.08％,而混合工质对提高整个系统热力性能具有较大的优势,净输出功和热效率最大可提高4.67％和2.91％.     

有机朗肯循环低温热发电系统热力性能分析

研究了汽轮机蒸发温度和膨胀比对有机朗肯循环低温热发电系统的影响。以R600、R601、R245fa、RC318四种有机工质为例,基于热力学第一定律和第二定律,研究了这两个参数对系统性能变化的影响,主要是对系统热效率、净输出功率以及系统总不可逆损失的影响。     

回收低温余热的有机朗肯循环性能分析及优化

选取R113、R114、R141b、R123、R245fa、R245ca、R600、R600a作为回收120~200℃低温余热的有机朗肯循环工质,从净功量、热效率、不可逆损失等方面对有机朗肯循环系统性能进行分析和优化,得出系统最佳运行工况。     

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%。     

低温余热蒸汽闪蒸_双工质联合循环发电系统热力分析

为充分回收矿藏热采过程尾端低温蒸汽余热,提出一种适于蒸汽回收的新型闪蒸-双工质联合循环发电系统,以热力学第一、第二定律为基础,建立了该联合循环热力模型,采用R245fa为循环工质,编制计算程序对系统热效率、输出功率及火用效率进行了热力分析,并将其与单纯闪蒸、双工质朗肯循环进行性能对比。结果表明,在热源温度110℃、压力0.14 MPa情况下,净输出功随闪蒸压力、双工质循环蒸发压力的增大均呈先增大后减小的趋势,当闪蒸压力在0.048 33 MPa,低压级双工质循环蒸发压力为0.389 6 MPa时,系统整体及闪蒸-双工质阶段均存在最大功率,分别为6 249.2 kW、429.2 kW;热效率则随闪蒸压力增大先增大后减小,而随双工质压力的增大不断增大。其中双工质循环的热效率均低于联合循环,在多数情况下单纯闪蒸循环的热效率基本等于联合循环的热效率;火用效率变化规律与净输出功变化规律相同。     

亚临界有机朗肯循环系统的热经济分析与优化

以系统发电成本(electricity production cost,EPC)为评价指标,对用于回收工业锅炉烟气余热的有机朗肯循环(ORC)系统进行了热经济分析与优化。结果表明,随着蒸发器和冷凝器节点温差的增大,系统发电成本先减小、再增大,即存在一组最优的蒸发器和冷凝器节点温差使发电成本最小。分别以纯工质R245fa和R236ea、非共沸混合工质R141b/RC318和乙烷/丁烷为循环工质,得到了最小发电成本时有机朗肯循环系统的最优工作参数,以及对应的系统净输出功、热效率和火用效率。     

闭式海洋温差能发电系统的工质研究

在不同冷凝温度条件下,以氨作为比较对象,选取R245ca、R245fa、R236ea、R236fa、正丁烷、异丁烷、正戊烷和异戊烷8种干有机工质,基于热力学第一定律和第二定律对其热力循环性能进行计算分析,并对工质的净功、热效率、气耗率和损失等进行比较。结果表明:在所选有机工质中,正戊烷具有最高的热效率和效率,最大的净功及最小的气耗率,且产生的系统损失较小;从净功方面比较,氨的做功能力远强于有机工质。     

低温有机朗肯循环的工质选择及系统性能分析

选取R123,R141b,R245ca,R245fa,R601,R601a作为有机朗肯循环的工质,在不同蒸发温度条件下,对其热力循环特性进行了计算分析,以热力学第一定律和第二定律为基础进行了比较.结果表明,R141b是适合本循环系统的最佳工质.同时还研究了汽轮机进口温度和进口压力对该系统的净功量、吸热量及热效率的影响.     

太阳能驱动的有机朗肯-喷气增焓（带二次吸气的增效）蒸汽压缩制冷系统性能分析

为有效利用太阳能,以有机朗肯−喷气增焓（带二次吸气的增效）蒸汽压缩式制冷系统为研究对象,建立了系统的热力学模型,分别选取R236fa、R245fa、RC318和R141b作为系统工质,研究了发生温度、凝结温度、冷凝温度、蒸发温度、膨胀机等熵膨胀效率及压缩机等熵压缩效率对系统性能的影响,并以系统性能最佳为目标对工质进行了优选。计算结果表明：对整个系统而言,R141b是最合适的工质,凝结温度和冷凝温度对系统性能有重要影响。以R141b为例,当发生温度在85℃、凝结温度为40℃、冷凝温度为40℃、蒸发温度为 −15℃时,系统COP_s达到0.2528,采用喷气增焓技术对于环境温度很低、太阳能资源丰富的北方地区具有很大的优势。     

不同工质对内置换热器有机朗肯循环系统热性能的影响

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)可实现中低温热能的有效利用,但其热利用效率仍可进一步提高,而内置换热器的使用可有效提高循环的热利用效率。因此,文章构建了内置换热器ORC系统的热力学模型。研究了当蒸发温度变化时,R600,R601a,R236ea,R245fa,R245ca,R123,R600a,R114和R142b对内置换热器ORC系统性能的影响,并比较了内置换热器ORC系统与传统ORC系统的净输出功率和热效率。结果表明:在最优蒸发温度下,采用R236ea的内置换热器ORC系统净输出功率大于其余工质,为32.40 kW,其比第二最大净输出功率R600a系统相对增大1.16%;采用R601a的内置换热器ORC系统的热效率最大。内置换热器ORC系统的最大净输出功率及热效率均较传统ORC系统显著增大。     

针对不同工业余热温度的有机朗肯循环工质优选

基于工业余热回收领域的有机朗肯循环低温余热发电系统,利用MATLAB软件编程,针对不同余热温度,考虑外部冷热源对系统经济性影响,研究不同有机工质在单位净输出功率造价、热回收效率、输出功率、膨胀比和蒸发压力等方面的表现。结果表明:R134a、R245fa和R601a分别在余热温度100～124℃、124～130℃和130～240℃条件下,单位净输出功率造价最优;R134a、R152a、R142b和R141b分别在余热温度100～124℃、124～130℃、130～160℃和160～200℃条件下,输出功率和热回收效率均为最优;余热温度160℃以下时,采用11种工质的有机朗肯循环系统的膨胀比均在10以下,而余热温度160℃以上时,膨胀比迅速增大;在蒸发压力限定不大于2.5 MPa条件下,R134a适用的余热温度范围最小,为100～118℃,R113适用的余热温度范围最大,为100～240℃。     

R245fa、R123对太阳能有机朗肯循环系统性能的影响

为提高系统单位输出功率和循环效率,选择合适的工质至关重要。建立系统集热循环和发电循环二者之间参数耦合及能量匹配的数学模型。利用此模型,以北京夏至日太阳辐照度数据为基础,分别以R245fa、R123为工质的太阳能有机朗肯循环系统进行分析,结果表明:R245fa和R123工质对应的最佳蒸发压力分别为2.294、2.154MPa,最佳的导热油温度分别为188.04、233.18℃,最佳导热油与工质的流量比分别为0.89∶1、0.59∶1;在相同冷热源条件下,当两个系统达到各自的最佳性能时,使用R123为有机工质的系统输出功和效率更高,且要求系统的承压能力更低。     

用于高温热泵蒸汽系统的几种工质的循环性能

建立了高温热泵蒸汽系统的热力学模型。在蒸发温度为60℃,冷凝温度为120~140℃的工况下,进行经过初步筛选的4种高温热泵纯工质(R123,R141b,R245ca,R245fa)和传统高温热泵工质(R114)的循环性能对比研究。结果表明:R245fa的综合循环性能良好,单位容积制热量最高,其性能系数(COP)比R114平均高13.65%,压缩比与R114最接近;在符合干压缩要求的前提下,排气温度较低,而且环境友好,可作为高温热泵蒸汽系统的工质。     

太阳能超临界有机朗肯循环的工质选择和性能分析

选取R123、R134a、R152a、R22和R245fa 5种有机工质作为候选工质进行太阳能超临界有机朗肯循环的计算和分析。结果表明:当膨胀机出口工质过热度一定时,太阳能超临界有机朗肯循环的热效率高于亚临界工况,且R123在系统热效率方面表现出比其他工质更加明显的优势,是一种较理想的有机工质。以R123为例,蒸发器出口温度一定时,随着蒸发压力的升高,有机朗肯循环的工质流量不断增大。蒸发压力一定时,随着蒸发器出口温度的升高,工质流量不断减小,循环热效率先增后减,存在一个最佳的蒸发器出口温度,此时循环热效率最大。