低温地热ORC-AHT联合循环系统热力性能分析

为充分回收利用低温地热,利用第二类吸收式热泵升温原理,提出一种新型低温地热ORC-AHT联合循环发电热力系统。根据热力学第一、第二定律,建立热力学模型,编制计算程序并进行热力性能分析,结果表明:净输出功、热效率和火用效率随蒸发温度升高呈现先增加后减小的趋势,且随热源温度升高而增加。根据热力学模型设定条件,从T-Q图中可看出,与单级ORC系统相比,耦合系统可降低火用损失,提升联合系统热力性能。热源温度为373、383和393K时,耦合系统净输出功较单级ORC系统分别增加30.48%、21.9%和17.7%;热效率较单级ORC系统分别增加11.6%、7.25%和4.19%;火用效率较单级ORC系统分别增加45.45%、53.95%和60.05%。     

基于燃机余热和地热能的联合发电系统优化设计及热力性能分析

设计了一种超临界二氧化碳(S-CO₂)再压缩系统与地热双闪蒸系统相结合的新型燃机余热利用联合发电系统。基于所建联合系统参数优化模型,应用遗传算法计算分析了联合系统内部参数和边界参数对最大输出功和燃机余热利用率的影响。结果表明：通过系统参数优化,联合系统实现了余热在2个子系统中的合理分配,加深了燃机余热的进一步利用;当一级闪蒸压力取99.89 kPa、二级闪蒸压力取29.4 kPa、S-CO₂质量流量取22.68 kg/s、分流比取0.308 5时,联合系统最大净输出功达到6.402 MW,对应余热效率为67.9%;当一级闪蒸压力在90～115 kPa、二级闪蒸压力在25～35 kPa时,联合系统均可实现较高的净输出功,与最佳值的相对偏差在0.8%以内;随着S-CO₂流量或分流比逐渐增大,联合系统的净输出功均呈现先增大后减小的规律;联合系统的最大净输出功随S-CO₂透平进口压力的增大而增加,随S-CO₂透平出口压力和预冷器出口温度的增大而减小。     

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。     

地热驱动的新型冷热电三联供系统的热力学与热经济学分析

针对地热能源的梯级利用问题,以170℃地热水为热源提出一种联合闪蒸-Kalina发电循环和吸收式制冷循环的新型冷-热-电三联产系统,并验证系统的可行性及优越性。对系统进行热力学与热经济学计算,详细分析蒸发压力,氨水浓度和分流比等关键参数对系统热力学性能的影响。结果表明:提高氨水浓度和Kalina循环中汽轮机的进口压力均能使系统的热效率增加;闪蒸-Kalina循环部分的净发电量和效率在闪蒸压力为0.3 MPa时存在最优值,分别为601 kW和43.9%;使系统安全运行所需的氨水浓度范围为0.89～0.68;吸收式制冷系统的能效比(COP)与精馏塔入口温度成正比例关系;系统的总效率随冷凝器出口处分流比的增加,呈先减小后增大的规律。通过热经济分析得到的结果表明:汽轮机是投资成本最大的部件,较高的分流比可使系统投资回收年限减小。     

抽汽_乏汽联合回热对低温蒸汽ORC系统热力性能影响

为充分回收矿藏热采过程中尾端的低温蒸汽余热,根据热力学第一、第二定律,在单独抽汽回热、单独乏汽回热系统的基础上,提出一种新型抽汽-乏汽联合回热系统,并建立以低温蒸汽为热源的抽汽-乏汽联合回热理论模型。通过编制计算程序分别对带抽汽回热的ORC循环、乏汽回热ORC循环以及联合回热ORC循环的热力学性能进行了分析,并与无回热ORC循环的性能进行了比较。结果表明:3种回热循环的热效率、净输出功以及火用效率均随蒸发压力升高而升高,其中联合回热循环的热力性能最高,分别能达到11.37%、7 593 kW及51.9%,比相同工况下的无回热ORC循环分别增高百分比为19.6%、12.5%及15.1%;对于单位功耗火用损,各循环则表现为随蒸发压力的升高而逐渐递减,且有联合回热循环的单位功耗火用损抽汽回热乏汽回热无回热ORC循环,在蒸发温度为105℃时,对应单位功耗火用损分别为0.91、0.95、1.06及1.22;同时,在相同抽汽压力下,联合回热循环的抽气系数α小于单独抽汽回热循环,工质质量流量基本相同,联合回热循环具有更好的热力性能。     

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。     

低温过热有机朗肯循环工质筛选及参数优化

以低温烟气余热驱动的内回热有机朗肯(organic Rankine cycles,ORC)系统为例,分析系统净输出功、透平膨胀比、热效率、热回收率、损失、效率以及比净功等热力性能评价指标随蒸发温度和过热度的变化规律,确定系统最佳工质及最优蒸发温度和过热度。提出用预热系数、潜热系数、过热系数与内回热系数解释系统热效率随工质临界温度变化的原因。研究结果表明:随蒸发温度升高,系统净输出功先增大后减小,热回收率和总损减小,透平膨胀比、热效率和效率增大。适当过热对于ORC系统十分重要,不仅能降低透平膨胀比,提高系统运行稳定性,还可减小系统总损,提高系统效率,增大工质比净功。经对比发现,丁烷为适合该文所选热源的最佳工质,在蒸发温度为100℃、过热度为5℃工况下能取得最佳热力性能。     

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。     

一种新型高效海洋温差能热力循环性能研究

为提高海洋温差能发电循环效率,提出一种带有2条回热支路的新型高效海洋温差能热力循环系统,基于热力学第一定律建立新循环系统数值计算模型对其进行理论数值研究。研究分析工质浓度、透平进口压力和海水温度对循环性能的影响。研究结果表明:随工质浓度的增加,循环系统热效率和系统净输出功均先增大后减小;随透平进口压力的增加,循环热效率和净输出功均呈先增后减的趋势;循环热效率随冷海水温度的升高而降低,随温海水温度的升高而升高。另外,将提出的循环系统效率与Uehara循环、Yoon循环分别在其相同工况下进行比较,结果显示该循环系统效率最高。     

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.     

超_亚临界ORC联合发电系统热力性能分析

本研究在单纯超临界、亚临界的ORC(有机朗肯循环)发电系统基础上,提出一种新型超临界、亚临界ORC联合发电系统,并建立其理论模型。通过编制计算机程序,分别对单纯超临界、亚临界ORC以及新型联合发电系统的热力性能进行比较。结果表明:采用R143a、R245fa作为联合系统的两循环区工质,当依次单独改变超临界、亚临界区蒸发压力时,各循环区质量流量变化与单纯超临界、亚临界ORC相似。前者随蒸发压力的增大而逐渐递增,后者则呈相反变化趋势,联合发电系统的热力性能均优于单纯超临界、亚临界ORC。同时随两循环区蒸发压力的增大而不断提高,但增幅减小,且提高超临界区蒸发压力可使系统热力性能最佳。采用R134a、R245fa作为系统两循环区有机工质,可使联合发电系统火用损失达到最小。     

对流热采油页岩过程低温余热ORC系统热力分析

为回收利用对流热采油页岩过程中产生的低温余热蒸汽,提出并设计有机朗肯循环(ORC)系统进行热力发电。在特定余热蒸汽参数条件下,基于R245fa循环工质,编制计算程序模拟分析了ORC系统变工况参数对该系统热效率及输出功率的影响规律。数值模拟结果表明:设定汽轮机背压为0.25MPa时,工质最高蒸发压力为2.566MPa,在此范围内,系统热效率随蒸发压力升高单调增加,增幅减缓;取蒸发器出口温度85℃时,对于不同的蒸发压力系统允许运行工质流量范围不同,在同一蒸发压力下,由于热源限制导致系统热效率并未随工质流量增加显著提高,但可得到更多输出净功;蒸发压力为1.5 MPa时,随余热排放温度的降低,系统输出净功显著提高;随汽轮机背压的降低,系统热效率得到明显改善,但汽轮机背压的降低增加了工质冷凝的困难,合适的背压值取0.2MPa。     

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。     

热源自调节有机朗肯循环发电系统热力性能分析

为提高基本ORC(有机朗肯循环)系统换热器内冷热流体换热温差匹配程度,提升系统热力性能,提出一种ORC-R(热源自调节有机朗肯循环发电)系统,基于热力学第一定律和第二定律,建立了系统的数学模型并编制计算机程序进行分析,研究表明:当热源与有机工质换热温差不匹配时,采用热源自调节方式可有效提升基本ORC系统热力性能;热源自调节系数不同,ORC-R系统热力性能提升程度不同,存在随热源温度不同而有所变化的极限调节值;同时,ORC-R系统较基本ORC系统达到性能最优值时的蒸发温度降低,ORC-R系统净输出功、火用效率随热源自调节系数增加呈现先增加后减小的变化规律,可找到热源自调节系数的最佳值使ORC-R系统热力性能达到最优;热源温度Tg=373、383、393和403 K时,ORC-R系统净输出功Wnet较基本ORC系统分别增加35.52%、42.75%、51.15%和57.63%;ORC-R系统火用效率ηex分别为基本ORC系统的0.879 9倍、1.174 9倍、1.485 8倍和1.807 8倍。     

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%。     

基于工质临界温度的带内回热ORC系统性能分析

为充分回收低温烟气余热,建立带有内回热的有机朗肯循环系统。选取硅氧烷类、HC类与HFC类共9种有机工质,基于工质临界温度与工质复杂度因子,讨论净输出功与质量流量变化规律;提出采用液态吸热系数、潜热系数、内回热吸热系数对ORC系统循环热效率的变化规律进行分析。结果表明:随蒸发温度的升高,热效率与效率升高,质量流量与损下降,而净输出功先升高后降低。对同种类型工质,临界温度越高,净输出功越低;对不同类型工质,单位工质做功能力表现为HC类硅氧烷HFC类,且对于不同类型工质影响工质质量流量的因素不同。对不同工质而言,工质临界温度越高,热效率与效率越大,净输出功越小,热源匹配性变差。综合考虑以上因素,所选工质临界温度不宜超出热源温度过多。     

混合工质ORC耦合CO2跨临界发电系统性能研究

为了实现低温热能的充分回收利用,在混合工质ORC循环发电基础上,提出一种利用CO_2跨临界循环与其耦合的发电系统。基于热力学第一、第二定律,建立相应热力学模型,并编写计算程序,确定系统运行条件,分析蒸发温度T1、跨临界蒸发压力p01及热源温度T_g等参数变化对耦合系统性能的影响,并将其与采用相同混合工质的ORC系统进行比较。结果表明:随蒸发温度提高,跨临界循环部分输出功逐渐增加,而ORC部分由于冷凝温度提升所减少的输出功逐渐降低。在T_g为373.00K时,若T_1为340.00、354.00K,耦合系统较基本ORC系统输出功分别增加15.77、113.53kW。随跨临界蒸发压力p_(01)变化,耦合系统输出功及效率均有先减小后增加再降低的规律,存在一最佳跨临界压力,且表现为随热源温度降低,耦合系统性能优越性逐渐明显。若T_g为373.00或403.00K,则耦合系统较基本ORC系统分别增加19.16、7.18kW。在蒸发温度较高或热源温度较低时,采用耦合系统具有重要意义。     

多级气动液压泵供液的有机朗肯循环性能分析

针对有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)中电动工质泵耗功占膨胀机输出功比例较大的问题。提出一种多级气动液压泵,该泵利用蒸发器内产生的蒸汽为动力,给ORC系统供液。以R245fa为工质,分析了气动液压泵与电动泵的ORC系统受蒸发温度的影响情况对比、不同级的气动液压泵的性能随蒸发温度的影响、ORC系统性能受泵效率的影响对比。结果表明,采用多级气动液压泵后,ORC系统的净输出功率等于膨胀机的输出功率;系统效率得到改善,且随着泵级数的增加而更为明显;泵效率随蒸发温度的升高而减小,但随泵级数的增加而提高。在蒸发温度为145℃、冷凝温度为35℃时,电动泵供液的ORC系统净输出功率为25.8 kW,系统效率为0.106,而采用4级气动液压泵的ORC系统净输出功率为33.2 kW,系统效率为0.12。     

闪蒸—双工质循环联合地热发电系统研究

将闪蒸系统发电与双工质循环发电联合,形成一种特殊的能量转换系统,对其进行详细分析,并建立该联合地热电站热力计算的数学模型,以此对电站的功率及效率进行了计算与分析,从中确定该系统的最佳闪蒸温度和由此温度导出的最佳设计参数.计算结果还表明,对给定温度为110℃的地热水资源,当环境冷却水平均温度为28℃时,闪蒸-双工质循环联合发电的最大总功率比闪蒸系统或双工质循环单独发电时的最大功率要大20%以上.此外,电站还生产约60℃的热水以供直接利用.     

基于城市生活垃圾焚烧发电厂的变工况特性分析北大核心CSCD

文章以上海某垃圾焚烧发电厂为例,针对其在额定工况与变工况下的热力特性及其参数变化规律进行研究。研究结果表明:在额定工况下,该垃圾焚烧发电厂日处理垃圾6 000 t,其额定功率和发电效率分别为50 MW和28.49%;在变工况条件下,垃圾中的C含量是影响垃圾焚烧发电热力参数的主要因素;11月垃圾的C含量(30.23%)最高,相应的系统总输出功高达61.45 MW,热效率为28.93%;8月垃圾的C含量(24.91%)最低,相应的系统总输出功(47.35 MW)也最低,热效率为28.66%;蒸汽流量的增加会提高主蒸汽压力,当主蒸汽压力达到7.9 MPa时,系统总输出功达到最大值54.97 MW,热效率为30.82%,当主蒸汽压力超过7.9 MPa时,系统总输出功与热效率开始下降;垃圾流量减少会导致发电系统的总输出功和热效率降低,当垃圾流量减小至额定工况的60%时,系统总输出功计算值与设计值的相对偏差可达到8.7%。