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。     

变温热源不可逆KCS-34循环的有限时间热力学优化

应用有限时间热力学理论建立了变温热源不可逆KCS-34循环模型,该模型考虑了热源和内部循环工质之间的传热热阻、膨胀机和循环泵的不可逆性、有限热容率热源和有限换热面积;分析了循环工质质量流率、蒸发器出口循环工质干度和冷凝器换热面积比对循环净功率、效率的影响,得到了循环净功率和热效率之间的关系;发现在各部件换热面积一定时,存在最佳的蒸发器出口循环工质干度使得循环效率最大,存在最佳的循环工质质量流率使得循环净功率最大;在蒸发器和冷凝器换热面积变化而总换热面积一定时,存在最佳的冷凝器换热面积比分别使得循环净功率或效率最大。所得结果对KCS-34循环的优化设计有一定的指导意义。     

烟气驱动复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统㶲分析

通过构建复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统模型,并采用■分析方法,研究了系统■效率随工质摩尔组分的变化规律以及不同摩尔组分下,系统各部件■损失分布情况。研究结果表明:受蒸发器泡点温度与高温级蒸发器夹点位置影响,当高温级循环工质环戊烷摩尔分数为0.8,低温级循环工质异丁烷摩尔分数为0.1时,系统■效率取得最大值48.56%,比采用纯工质时相对提高了3.83%;且采用非共沸工质后,排烟损失、高温级蒸发器■损失、低温级冷凝器■损失均有显著降低。     

烟气余热驱动复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统热力学分析

文章构建了复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统模型,并利用该模型对复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统的热力学性能进行分析,得到了高温级循环质量流量、低温级循环质量流量、冷却水质量流量、高温级循环净输出功率、低温级循环净输出功率、冷却水泵功耗和系统净输出功率等随工质摩尔组分的变化规律。分析结果表明,高温级循环蒸发泡点温度和高温级蒸发器夹点位置会影响复叠式非共沸工质有机朗肯循环各项性能参数随工质摩尔组分的变化趋势,当高温级循环混合物中环戊烷的摩尔组分为0.8,低温级循环混合物中异丁烷摩尔的组分为0.1时,复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统的净输出功率达到最大值,为92.79 kW,比复叠式纯工质有机朗肯循环系统提高了3.83%。     

中低温地热发电有机朗肯循环工质筛选

针对进口温度为423.15 K的中低温地热驱动有机朗肯循环发电系统,采用与热源耦合的反问题方法,选取干工质与等熵工质共6种、湿工质6种,在回灌温度为333.15～353.15 K时进行计算比较,分析了地热水回灌温度对不同临界温度、不同干度工质循环性能的影响,进而筛选出最优工质。分析结果表明,在地热水进口温度为423.15 K条件下,随着回灌温度逐渐升高,大多数工质的净输出功呈先升高后降低的趋势;对相同类型工质进行比较,工质临界温度越高,其最大净输出功越低,且最佳回灌温度越高;湿工质在微过热循环(膨胀机出口为饱和汽态)下与干工质饱和循环最大净输出功相当。综合考虑工质循环性能、环境影响、毒性及易燃性,确定最优工质为R236fa。     

基于有机朗肯循环的微燃机尾气余热发电系统热力性能分析

文中以某型微燃机排出的尾气作为有机朗肯循环发电系统的输入热源,并通过建立的热力学模型,选用环戊烷和苯作为循环工质,进行系统主参数的优化研究。实验结果表明:上述两种工质均随着蒸发温度的升高,其有机工质的流量相应减少,而系统排烟温度升高,系统的净输出电功率先增加后下降,存在一个最大发电功率。采用环戊烷为循环工质时的ORCs最大净发电量可增加8.56%,循环效率增加0.46%。因此,从热力性能方面考虑,选择环戊烷为循环工质比较合适。     

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。     

地热驱动非共沸工质有机闪蒸循环的热性能分析

非共沸工质具有变温相变特性,可有效改善有机闪蒸循环系统与冷源温度匹配差的问题,进而提高系统的循环性能。文章构建了有机闪蒸循环系统模型,其中,循环工质为R245fa/R601a混合物,热源温度为150℃。文章以净输出功率作为目标函数对有机闪蒸循环系统进行优化,研究了R245fa/R601a混合物的组分变化对有机闪蒸循环系统的闪蒸压力、质量流量、净输出功率和热效率的影响,并比较了以非共沸工质与纯工质作为循环工质时,有机闪蒸循环系统的净输出功率。模拟结果表明:当R245fa/R601a混合物的摩尔组分为3∶7时,有机闪蒸循环系统的净输出功率最大,为25.21 kW,与纯工质R245fa和R601a作为循环工质的有机闪蒸循环系统相比,分别增大了4.39%和5.66%,但以非共沸工质作为循环工质的有机闪蒸循环系统的热效率并不一定大于以纯工质作为循环工质;当R601a的摩尔组分为0～0.6时,以非共沸工质作为循环工质的有机闪蒸循环系统的热效率大于以纯工质作为循环工质;当R601a的摩尔组分为0.7～1时,以R245fa作为循环工质的有机闪蒸循环系统的热效率大于以非共沸工质作为循环工质。     

非共沸混合工质压缩制冷循环的不可避免Yong损失

以非共沸混合工质替代CFC5是比较有效的替代方案。通过对给定节点温差下的蒸发器和冷凝器内的温度匹配分析，提出利用调节非共沸混合工质的配比来优化蒸发器和冷凝器内的温度匹配，并可计算出循环的实际不可避免炯损失，从而提出采用非共沸混合工质的蒸气压缩制冷循环的实际不可避免炯损失的计算方法，并提出利用最佳配比和实际不可避免的Yong损失的计算，对各种非共沸混合工质对进行筛选，以进一步减少循环可避免的炯损失，为优化蒸气压缩制冷循环，提高循环的性能奠定基础。     

地热源双级喷射有机闪蒸循环热力分析及优化

为有效利用有机闪蒸循环（OFC）闪蒸后的饱和液态工质，提高中低温热源的回收效率，构建地热水驱动的双级喷射有机闪蒸循环（DEOFC）系统，探究关键参数对系统的影响，并对系统进行多目标优化。结果表明：DEOFC闪蒸压力和高压膨胀机出口压力最优时，热源温度升高，系统净输出功、热效率、效率增大；当温度升至工质的特征温度时，趋势发生变化。多目标优化时，R601a表现出最佳性能。与单级喷射有机闪蒸循环（SEOFC）相比，DEOFC净输出功和效率均存在较大优势。     

非共沸混合工质压缩制冷循环的不可避免(火用)损失

以非共沸混合工质替代 CFCS是比较有效的替代方案。通过对给定节点温差下的蒸发器和冷凝器内的温度匹配分析 ,提出利用调节非共沸混合工质的配比来优化蒸发器和冷凝器内的温度匹配 ,并可计算出循环的实际不可避免灯用损失 ,从而提出采用非共沸混合工质的蒸气压缩制冷循环的实际不可避免灯用损失的计算方法 ,并提出利用最佳配比和实际不可避免的灯用损失的计算 ,对各种非共沸混合工质对进行筛选 ,以进一步减少循环可避免的灯用损失 ,为优化蒸气压缩制冷循环 ,提高循环的性能奠定基础。     

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％.     

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。     

有机朗肯循环系统损实验研究

可再生能源及余热发电是低品位能源一种高效利用模式,有机朗肯循环发电系统比水蒸气发电机组更适用于低温热源发电。设计并搭建了热源功率为100kW的导热油模拟热源的有机朗肯循环发电系统,研究冷热源参数恒定不变、膨胀机转速变化时发电系统主要设备的损失和所占比例。主要结论为:当膨胀机转速增加时,蒸发器、膨胀机和工质泵的损失增大,而冷凝器设备损失减少;定量分析膨胀机转速为3000r/min时,蒸发器损失为51.8%,占有机朗肯循环系统损失的1/2以上,工质泵损失最小,仅为1.8%。     

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。     

全流式地热发电系统性能分析及在双级系统中的应用

建立了全流式地热发电系统模型,基于螺杆膨胀机内效率与膨胀比的关系,分析了膨胀机最佳入口工质干度.以此为基础,分析以90~150℃饱和水为热源的全流式地热发电系统的发电性能并与有机朗肯循环(ORC)系统进行比较.结果表明:螺杆膨胀机入口工质干度存在最佳值,使得系统净功率最大;当热源温度处于90~130℃时,全流式地热发电系统具有较好的性能,而当热源温度处于130~150℃时该系统则无明显优势;全流式地热发电系统适合于带有一定干度蒸汽的热源,可以减少节流造成的损失;对于温度处于130~150℃的热源,双级系统中第2级的全流式地热发电系统对第1级的ORC系统的排热具有很好的回收效果.     

分液冷凝有机朗肯循环系统R245fa/HFOs工质选择研究

有机朗肯循环是中低品位热能高效利用的有效技术之一,分液冷凝有机朗肯循环（LSCORC）是基于分液冷凝传热强化的新型热力循环。为寻找新型环保替代工质,建立LSCORC系统的热力学模型,以最大化净输出功为目标,重点考虑了雅各布数、冷热源换热匹配对系统性能的影响,对R245fa/HFOs工质进行了对比筛选。结果表明：工质的雅各布数越大,其净输出功越小;在基础工况下,R245fa/R1336mzz(Z)的热力性能及热经济性表现最佳;当热源参数变化时,雅各布数较小工质的性能表现普遍优于雅各布数较大的工质组合;当冷源参数变化时,在分液冷凝器两个流程中温度滑移和冷源温升匹配越好的工质组合,其系统净输出功越大。     

Heber binary发电计划可使美国的地热利用增加5倍

利用加利福尼亚州英皮里尔·瓦利积存层的150～200℃中温地热发电45兆瓦的Heberbinary现已接近完成。美国能源部负责人在2年前的开工仪式上曾说过:这个计划的完成,可使美国地热资源的利用增加5倍。 发电工作过程:把地热水压入热交换器,使热交换器的90％异丁烷和10％异戊烷组成的工质蒸发驱动汽轮机进行发电。用这种方式发电时地热水不接触汽轮机叶片,可减少直接冲洗中出现的腐蚀问题。但热交换器和工质凝缩器都必须用铁素体不锈钢做成。     

R290直膨式太阳能热泵系统工质分布和迁移特性模拟

为了研究工质R290(丙烷)在直膨式太阳能热泵系统中的分布和迁移特性,建立太阳能集热/蒸发器和冷凝器的分布参数均相流动模型、压缩机和电子膨胀阀的集中参数模型、以及系统工质充注量模型,编制以R290为工质的直膨式太阳能热泵热水器系统性能模拟程序。模拟分析环境参数和运行参数的变化对系统内部R290分布和迁移特性的影响。模拟结果表明:R290主要存在于冷凝器和太阳能集热/蒸发器内部,占系统工质充注量的80%~90%;随着太阳辐射强度和环境温度的升高,工质R290由冷凝器逐渐向太阳能集热/蒸发器迁移,系统性能系数明显增加;随着压缩机转速增快和水箱水温的增高,工质R290由太阳能集热/蒸发器逐渐向冷凝器迁移,系统性能系数明显降低;随着系统工质充注量的增加,冷凝器内工质R290质量明显增加,集热器内工质R290质量略有增加,系统性能系数先增后减,存在一个最大值;太阳能集热/蒸发器出口过热度由3℃升至8℃时,其变化对工质R290的分布和迁移特性影响很小,且对系统性能系数的影响也很小;随着环境温度、压缩机转速和工质充注量的增加,集热器集热效率不断增加;而随着太阳辐射强度、水箱水温和太阳能集热/蒸发器出口过热度的增高,集热器集热效率不断降低。     

混合工质组分对ORC系统性能影响实验研究

针对低品位热能的特点,利用搭建的有机物朗肯循环(ORC)系统实验装置,对采用不同组分混合工质R600a/R601a的ORC系统性能进行实验研究,获得系统和部件特性随组分的变化规律。实验结果表明:随着混合工质中的R600a组分的增大膨胀比减小,下降幅度为38.4%,涡旋膨胀机效率受R600a组分变化的影响较小,在60%附近上下波动;净发电功率、工质吸热量和蒸发过程温度滑移量都随着R600a组分的增大先增大后减小,在R600a组分为0.4处,混合工质具有最大的净发电功率、吸热量和温度滑移量,净输出功率比纯R601a高出25%。这说明非等温相变特性可以使混合工质的吸热过程更好地与热源流体的放热过程相匹配,从而提高热能利用率,增加发电功率。