有机工质朗肯循环发电技术在钢铁行业中的应用

采用低沸点双工质有机朗肯循环余热发电系统来回收钢铁生产过程中产生的的低品位余热。本文阐述目前我国低温余热回收状况,介绍有机工质的物理性质、化学性质、热力学性质等,分析运用朗肯循环余热发电的经济性和解决低沸点双工质发电系统的关键技术,结合实际工程经验对该系统进行分析。     

有机朗肯循环系统布置及参数优化对低速柴油机余热利用的影响及经济性分析

利用Aspen Plus建立计算模型,分析运行参数及系统布置形式对有机朗肯循环性能的影响,并以净输出功率和系统所需的总换热面积的比值作为经济性指标分析其经济性。结果表明:蒸发温度、蒸发压力和有机工质流量对有机朗肯循环的净输出功率均有一定的影响,其中改变有机工质流量影响最大,蒸发温度次之;综合考虑经济性和净输出功率,柴油机全负荷下系统在蒸发温度160℃、蒸发压力2.5MPa、有机工质流18kg/s时性能最优。工质流量影响最大且易控制,在不同柴油机运行工况下只需改变有机工质流量就可适应负荷变化,负荷越大回收的能量越多,其净输出功率均占柴油机主机功率的8%左右。添加内回热器使系统热效率提高2.65%,效率提高4.5%,再增加一个低温循环,净输出功率可增加94.90kW。     

基于有机朗肯循环的低温余热发电系统设计与分析

设计了基于有机朗肯循环的低温余热发电系统,并对其进行详细的分析与研究。实验主要采用涡旋膨胀机与永磁同步发电机,工质采用R600a,实验分析了整个系统的运行特性和有机朗肯循环的性能,研究了永磁同步发电机转速、热源温度、工质泵频率对系统电能、质量流量、热电转换效率的影响,分析了影响有机朗肯循环系统的主要因素。通过数据分析得出低温余热发电系统的热机转换效率为7.2%、最大输出电能为440 W、发电机的最佳转速为2 150 r/min。     

基于固体氧化物燃料电池的有机工质余热发电联合系统特性的理论研究

针对有机朗肯循环对低温余热回收的显著优势,提出了一种基于固体氧化物燃料电池(SOFC)的有机工质余热发电联合系统.该系统包含内重整SOFC、后燃室、燃气轮机、压气机、预热器和有机朗肯循环,实现了能量的梯级利用,有效地提高了系统的总发电效率.在稳态数学模型的基础上,建立了基于SOFC的有机工质余热发电联合系统的热力仿真分析平台,研究了关键参数对系统性能的影响.结果表明:在设计工况下,系统的总发电效率可达65%以上;随着燃料摩尔流量的增加,系统的净输出功增加,但系统的总发电效率有所下降;在一定范围内,增大压气机压比可以提高系统净输出功和总发电效率;随着蒸汽与碳物质的量比的增大,系统的净输出功减小,总发电效率下降.     

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.     

基于有机朗肯循环低温余热利用研究

文章应用PR方程编制了有机工质热物性计算程序,对多种有机工质的朗肯循环进行了热力计算,研究了各主要参数对朗肯循环性能影响的规律。在给定余热条件下,采用模拟退火算法对循环的主要参数进行优化,得出了整个循环在净输出功率最大时的最优参数值,并比较了以R236fa为工质的有机朗肯循环和常规朗肯循环的对外做功能力。     

有机朗肯循环工质研究进展

有机朗肯循环是回收低品位热能的有效技术途径,而其所采用的有机工质是影响循环性能的关键因素之一.在简要介绍有机朗肯循环的组成以及理想有机工质的特征之后,针对利用工业余热、地热、太阳能和生物质能以及液化天然气冷能回收等五个方面,介绍了目前有机朗肯循环工质的研究进展.最后,在分析存在问题的基础上,讨论了今后仍需努力的研究方向.     

低温余热有机朗肯循环发电系统热经济性分析

针对工业中排放的低温烟气,建立有机朗肯循环发电系统的热经济分析模型,分析蒸发压力、热源温度及蒸发器最小传热温差对系统经济性能的影响。分析结果表明:热源温度为140℃,循环采用R123的经济性最佳,相应的发电成本与动态投资回收期分别为0.142元(/kW.h)与3.68年。余热发电系统存在一个经济性最高的蒸发压力,不同工质对应的最佳蒸发压力也不同。蒸发器内最小传热温差为15℃时,系统的经济性较好。烟气温度在100～180℃时,系统采用R123的投资回收期最短,而烟气温度高于180℃时,R141b的经济性更高;不宜采用有机朗肯循环发电技术回收温度低于100℃的低温烟气。     

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。     

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.