基于遗传算法的有机朗肯循环系统参数优化

在有机朗肯循环系统中,汽轮机进口压力与进口温度是影响系统性能的重要因素.遗传算法在参数优化方面,具有显著的优点,广泛的应用于优化领域,是目前影响较广泛、应用较多、比较成熟的优化算法.本文采用遗传算法,对以R600,R600a,R245fa,R236fa,R236ea,R601,R601a,RC318,R227ea作为循环工质的有机朗肯循环系统进行参数优化,得出在特定的进口压力和进口温度的条件下,系统具有最小的总不可逆损失.     

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。     

分级抽汽回热式太阳能低温有机朗肯循环系统的热力性能分析

研究了分级抽汽回热式太阳能低温有机朗肯循环系统的热力性能。以R600和R245fa作为循环工质,利用热力学第一定律和第二定律,在不同的蒸发温度和膨胀比的条件下,对分级抽汽回热式系统和基本有机朗肯循环系统的热力性能变化进行比较和分析,指出分级抽汽回热式系统的热效率和效率更高,产生的不可逆损失更小,具有更优越的性能。     

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.     

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。     

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。     

利用中低温余热的回热有机朗肯循环性能分析

通过选取R227ea、R600和R141b 3种典型有机干流体作为工质,在热源流体进口温度设定为典型工业锅炉排烟温度423.15 K,冷却水进口温度和环境温度分别设定为283.15 K和293.15 K的条件下,分析蒸发温度、过热度和给水加热器出口处工质温度对回热有机朗肯循环性能的影响,比较回热有机朗肯循环与基本有机朗肯循环的性能。结果表明:随着蒸发温度的增大,循环总不可逆损失减小,循环热效率和第二定律效率增大,而循环输出净功率则先增大后减小;随着过热度的增大,循环总不可逆损失和循环输出净功率均减小,而循环热效率和第二定律效率的变化趋势则因工质而有所不同;随着给水加热器出口处工质温度的增大,循环总不可逆损失和循环输出净功率不断降低,而循环热效率和第二定律效率则先增后减;在相同工况下,回热有机朗肯循环的循环热效率和第二定律效率高于基本有机朗肯循环,但对于循环输出净功率和循环总不可逆损失,结果则相反。     

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。     

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%。     

工质R123和R245fa的有机朗肯循环热力性能

在回收热量一定的条件下,运用热力学第一定律建立了有机朗肯循环热力分析模型,基于蒸发参数法展开了工质R123和R245fa的优选研究。计算结果表明:相同蒸发参数下,工质R123的循环热效率高于工质R245fa;相同蒸发温度下R123具有低压特性,这有利于系统的安全运行。从工质的环保性和热力性能来综合考虑,认为工质R123优于工质R245fa。     

低温余热有机朗肯循环发电系统工质选择

对有机朗肯循环系统工质的优化选择已逐渐从单一优化目标向多目标发展,但所选的优化目标及优化方法普遍存在主观性较强的问题.针对上述问题,从环保性、安全性等方面对工质进行初选,得到了R123、R245fa、R245ca和R601等9种工质,然后采用主成分分析法对工质的热效率、循环净功和不可逆损失等7个热力性能指标进行了分析计算,得到了两个较为客观的综合评价指标,并在不同蒸发温度下对工质的综合热力性能进行了分析.结果表明:R601做功能力较强,综合效率较高,是该循环系统较为理想的工质.     

新型城市低温地热冷热电联产系统热力性能分析

为节约及合理利用能源,提高城市能量总能系统利用率,基于有机朗肯循环(ORC)和冷热电联产(CCHP),提出了一种新型的城市低温地热冷热电联产系统(以下简称ORC-CCHP系统)。根据热力学第一、第二定律,建立了热力学模型,编写计算机程序进行了系统的热力性能分析。结果表明:采用R245fa、LiBr溶液作为ORCCCHP系统循环工质时,选择窄点温差较小蒸发器可获得更高火用效率;增加太阳能集/蓄热系统,提高热流参数,减小换热温差,可进一步提升系统热力学性能;系统分别采用5种不同有机工质时,R236fa使系统的热力性能达到最佳,并在蒸发压力为0. 62 MPa、窄点温差为0 K时,ORC-CCHP系统获得最大净输出功为1 948 kW,系统火用效率为19. 28%,系统火用效率最高值为85. 78%。     

有机工质低温余热发电系统多目标优化设计

针对现有有机朗肯循环单目标优化设计的局限性,从热力性、经济性等多方面对有机工质低温余热发电系统进行多目标优化设计.以系统效率最大和总投资费用最小为目标函数,选取透平进口温度、透平进口压力、余热锅炉节点温差、接近点温差和冷凝器端差等5个关键热力参数作为决策变量,利用非支配解排序遗传算法(NSGA-II)分别对采用R123、R245fa和异丁烷的有机工质余热发电系统进行多目标优化,获得不同工质的多目标优化的最优解集(Pareto最优前沿),并采用理想点辅助法从最优解集中选择出最优解及相应的系统最佳热力参数组合.结果表明:在给定余热条件下,从热力性能和经济性两方面考虑,R245fa是最优的有机工质,从多目标优化的最优解集中选择出的最佳效率为10.37%,最小总投资费用为455.84万元.     

Parametric Analysis of Dry Hydrocarbons on the Performance of Organic Rankine Cycle Improved by Working Fluid Reheating

In this paper, the performance of organic Rankine cycle with a two‐stage turbine and internal heat exchanger, considering different dry hydrocarbons as working fluid, has been analyzed. This thermodynamic analysis is done using Engineering Equation Solver version 8.379 software. The influence of working fluid reheating has been studied and the critical temperatures for the thermal and exergy efficiencies are determined. Results show that thermal and exergy efficiencies increase with working fluid reheating and also through a two‐stage turbine. RC‐318 is a good replacement for R‐236fa, R‐113 has a better efficiency than R‐236fa, R‐245fa, and iso‐butane and finally cyclohexane can achieve the highest efficiency. Although the maximum value of efficiencies for each one of working fluids are different, but all of these maximum values almost happen at a unique value of relative pressure of the cycle. The same result has been presented for variation of turbine inlet temperature.     

余热驱动的有机朗肯循环-复叠式制冷系统?分析

针对余热的有效利用,建立了有机朗肯循环-复叠式制冷系统的热力学模型,其中:有机朗肯循环系统分别采用R123、R1234ze、R245fa、R600a、RC318、R141b等六种工质;复叠式制冷系统分别采用R22/R23、R404/R23、R290/R744、R717/R744等四种工质对。选择系统?效率作为性能评价指标,运用热力学第二定律研究系统运行参数对系统?效率的影响,分析了系统各部件的?损失,并指出了能量利用的薄弱环节,提出了有效提高系统性能的建议,为系统的优化提供参考。结果表明,对系统?效率而言,R141b和R717/R744是最佳工质。系统主要部件按?损失大小依次为凝汽器、膨胀机、高温级冷凝器、发生器、高温级压缩机、低温级蒸发器、蒸发冷凝器。尽可能提高压缩机的等熵效率,优化设计换热器的结构,减小传热温差,才能减少不可逆损失,提高换热器的?效率。     

Energetic and exergetic analysis of waste heat recovery from a microturbine using organic Rankine cycles

This article examines the exhaust waste heat recovery potential of a microturbine (MT) using an organic Rankine cycle (ORC). Possible improvements in electric and exergy efficiencies as well as specific emissions by recovering waste heat from the MT exhaust gases are determined. Different dry organic working fluids are considered during the evaluation (R113, R123, R245fa, and R236fa). In general, it has been found that the use of an ORC to recover waste heat from MTs improves the combined electric and exergy efficiencies for all the evaluated fluids, obtaining increases of an average of 27% when the ORC was operated using R113 as the working fluid. It has also been found that higher ORC evaporator effectiveness values correspond to lower pinch point temperature differences and higher exergy efficiencies. Three different MT sizes were evaluated, and the results indicate that the energetic and exergetic performance as well as the reduction of specific emissions of a combined MT‐ORC is better for small MT power outputs than for larger MTs. This article also shows how the electric efficiency can be used to ascertain under which circumstances the use of a combined MT‐ORC will result in better cost, primary energy consumption, or emission reduction when compared with buying electricity directly from electric utilities. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

Experimental comparison of R245fa and R245fa/R601a for organic Rankine cycle using scroll expander

An experimental test was conducted to compare R245fa with R245fa/R601a on the organic Rankine cycle performance. The major objective of this paper is to ascertain the highest thermal efficiency and the optimal dimensionless volume ratio using the two working fluids. The experimental system consists of an electrically heated boiler, a vapor generator, a scroll expander, a condenser, a working fluid pump, and so on. For the typical weather conditions of May in Tianjin, the experiment results show that the working fluid charge has an important influence on the organic Rankine cycle performances. The optimal isentropic efficiency of the scroll expander corresponds to the design expansion ratio. Underexpanded and overexpanded processes result in the decline of the isentropic efficiency of the scroll expander, with the former playing a major role. R245fa/R601a improves the heat transfer performance in the vapor generator because of the nonisothermal phase change. The highest thermal efficiency for R245fa and R245fa/R601a is 4.38% and 4.45%, thereby illustrating that R245fa/R601a precedes R245fa. The optimal dimensionless volume ratios for R245fa and R245fa/R601a are 0.38 and 0.41, respectively. The experimental test lays foundation of the 500‐kW geothermal plant for demonstration in the next step. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

R245fa作为有机朗肯循环工质的材料相容性研究

对于可再生能源和工业余热资源,有机朗肯循环技术(organic Rankine cycle,ORC)被认为是一种高效的能源回收利用技术。其中R245fa因为其自身良好的环保性以及热力性能,被认为是一种具有良好应用前景的ORC工质。对于ORC系统来说,工质的材料相容性是保证系统稳定运行的基础。针对ORC系统实际工况,确定部件、温度、材料等因素的对应关系,提出一套适用于ORC工质材料相容性研究的实验方法,并以R245fa为例开展了实验研究。实验结果表明,在高温条件下,304不锈钢与R245fa的相容性要优于铜材料;同时在橡胶密封材料的选择上,不建议使用氟橡胶,且三元乙丙橡胶的相容性要优于聚四氟乙烯。