电石炉烟气余热回收双回路ORC系统性能分析

有机朗肯循环(ORC)系统在回收余热方面具有较大优势.本文采用双回路有机朗肯循环(DORC)系统回收电石炉烟气余热.对比了不同工质组合、不同循环结构下,高温循环的蒸发温度与冷凝温度对系统输出功率、效率和发电成本的影响.结果表明:与基础DORC相比,回热式DORC系统性能更佳,其中以甲醇与R123工质组合的系统净功率与效率最大,水作为高温循环工质在无回热的基础DORC系统中经济性优势明显.恒定热源条件下增大高温循环蒸发温度,对所有工质组合下同性能均有明显改善,增大高温循环冷凝温度则降低系统性能.     

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。     

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。     

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。     

热源温度对有机朗肯循环发电特性的影响

基于搭建的以R245fa为工质的有机朗肯循环发电系统,通过调节电加热器功率来研究热源温度对有机朗肯循环发电特性的影响。研究表明:当冷凝温度不变时,随着热源温度的升高,蒸发压力升高,冷凝压力基本不变;膨胀机的压比和压差都增大;当热源温度由86℃升到99℃时,净输出电功率从4.7 kW增加到8 kW,发电效率由7.55%升至8.4%,功率和效率都近似线性增加。     

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。     

1000t/d石灰窑余热发电系统分析及优化

针对1000t/d石灰窑生产线余热发电系统进行建模分析及优化。计算结果表明:采用传统朗肯循环发电系统,实际发电功率低于900k W,进汽轮机蒸汽最佳压力范围为0.35~0.5MPa,最佳温度范围为190~220℃;采用双工质有机朗肯循环发电系统发电功率大幅度提高,以R123作为有机工质为例,进汽轮机蒸汽最佳压力3.0MPa、蒸汽温度173.3℃,理论最大输出功率1391k W。同时对有机朗肯循环系统中广泛采用的有机工质ORC循环系统进行了对比分析,为活性石灰低温余热的高效利用提供了理论基础。     

换热器压降对ORC发电系统的影响

在考虑换热器压降及散热损失的情况下建立中低温地热驱动的有机朗肯循环(ORC)发电系统模型并通过500 kW示范工程进行验证。模型选取5种有机工质,研究换热器压降在不同热源温度、蒸发温度和冷凝温度下对系统性能的影响。研究结果表明随着热源温度以及蒸发温度的升高,压降对系统净发电量以及净发电效率的影响逐渐降低,但随着冷凝温度的升高,压降对系统净发电量的影响逐渐升高。其中,采用R227ea的系统受换热器压降影响最小,采用R123的系统受影响最大。     

耦合跨临界有机朗肯循环和蒸气压缩制冷循环系统经济性分析

提出了一种由烟气余热驱动的耦合跨临界有机朗肯循环(TORC)和蒸气压缩制冷循环(VCR)的冷电联产复合系统(PRCS),并以年净利润为评价指标、分别以R22、R134a和R290为循环工质对该复合系统进行了经济性分析。结果表明:在一定热源条件下,随着膨胀机进口压力的提高,年净利润先增大、后减小。当烟气温度较低、冷量需求不大时,采用R134a工质的系统年净利润最大;当烟气温度较高、冷量需求较大时,则R22更具优势。提高烟气进口温度和冷媒水出口温度、降低工质冷凝温度都可以有效提高系统经济性。     

烟厂锅炉烟气余热发电系统变工况性能模拟研究

利用有机朗肯循环发电技术回收利用烟厂锅炉烟气余热资源,既有助于解决节约能耗问题,又能有效减少环境污染,具有十分重要的现实意义。以R245fa(五氟丙烷)作为有机朗肯发电系统的循环工质,模拟分析了烟气入口温度、蒸发温度、凝结温度及工质流量变工况条件下对有机朗肯发电系统的影响。结果表明:系统发电效率随烟气入口温度变化存在最大值,当烟气入口温度为300℃时,系统发电效率的最大值为15.61%。开展此项研究对有机朗肯循环在烟厂锅炉烟气余热发电领域的应用具有一定的指导意义。     

海洋温差发电系统热力学及热经济性分析

以热力学基本原理为基础,建立了海洋温差发电系统仿真模型,对比分析了亚临界状态下R717、R134a和R600三种工质系统在约束蒸发器窄点温差条件下优化目标函数随蒸发温度的变化规律。结果表明:蒸发温度越高,不同系统换热器的热负荷以及冷、热海水泵功率越小,最佳蒸发压力和工质泵功率越大;不同系统的热效率和单位换热面积输出电量与蒸发温度的相关性较大,随蒸发温度的增加近似线性递增。蒸发器的换热面积与循环工质种类的相关性较小,但冷凝器的换热面积与循环工质种类的相关性较大。R717循环更接近于卡诺循环,R717的系统热效率最大,热负荷及泵功率最小,且其热经济性目标函数值在合适的范围内,是海洋温差发电系统较为理想的循环工质。研究结果可为海洋温差发电系统的设计、试验及设备选型提供理论参考。     

太阳能有机朗肯循环发电系统模拟优化研究

针对低温太阳能集热器出水温度为65～90℃的特点，根据有机朗肯循环发电原理，选取R134a、R152a、R600a、RC318、R600、R245fa共6种工质，利用EES平台进行仿真模拟和比较分析。分析结果表明：在此温度范围内，蒸发压力、蒸发温度、系统净发电功率、热电效率及系统吸热量与热源温度变化呈正比关系，且当热源温度为90℃时，RC318系统净发电功率与热电效率最高，分别为12.27 kW、15.42%。当热源温度为85℃时，RC318系统效率达到最高值82.52%。     

燃煤电厂烟气低温余热回收利用研究

基于燃煤电厂烟气低温余热资源,采用ORC(有机朗肯循环)设计发电系统,选择3种有机工质(R245fa、R600a和R601a),分析了该系统的热力学性能及技术经济性,并计算了该系统的节能减排效益。结果表明:工质的临界温度越低,系统的净输出功率越大;在计算排烟温度范围内(60~110℃),系统净输出功率先增大后减小,而发电效率随排烟温度升高而增大;采用ORC发电技术回收低温余热,节能减排效果显著。研究结果对ORC发电技术的工程应用具有一定的指导意义。     

有机朗肯循环热源温度与冷凝温度的影响分析

分析了蒸发器换热过程中热源温度对窄点温差位置的影响,讨论了冷凝温度和热源温度对有机朗肯循环(ORC)系统的影响。随着热源温度的升高,蒸发器窄点温差位置由有机工质蒸发温度处转移到蒸发器有机工质入口温度处。考虑冷却水循环,系统存在最佳冷凝温度,当冷凝温度低于最佳冷凝温度时,净功输出随冷凝温度的降低而急剧下降。给定工况下,最佳冷凝温度随热源温度的增长近似线性升高,热源温度每升高1℃,最佳冷凝温度增长0.035~0.045℃;净功输出随热源温度的升高而增加,上升速度存在转折点,转折发生在热源温度为160~270℃时。     

回收烟气余热亚临界ORC系统投资回收年限估计

建立了回收低温烟气余热的有机朗肯循环系统投资回收年限计算模型,并以最短投资回收年限为目标对内部参数进行了优化,分析了外部参数对投资回收年限的影响。结果表明,随着蒸发温度、冷凝温度、蒸发器和冷凝器节点温差的增加,系统投资回收年限均先减小后增大,即存在一组最佳工作参数使回收年限最短。提高烟气进口温度和流量都可有效缩短投资回收年限。采用R245fa作为循环工质可使系统同时具有较短的回收年限和较大的净输出功。     

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.     

变工况下有机朗肯循环发电特性的实验研究

有机朗肯循环是利用中低温热源的重要技术之一。基于R245fa为工质的低温热源驱动有机朗肯循环发电系统,通过改变电加热器功率来研究其在变工况下的发电特性。结果表明：热源热量变化12%时,系统最大净发电量为7.8 kW,发电效率为8.7%;系统最小净发电量为6.9 kW,发电效率为8.26%;系统重新达到稳定状态的时间为35 ~ 45 min,相同时间内,系统对热源温度降低的响应更迅速而对热源温度升高的响应速度较慢;在此热源的改变条件下系统仍能稳定运行。     

ORC发电系统变热源温度实验研究

为研究有机朗肯循环(ORC)热源温度变化引起的循环热效率、(火用)效率、发电效率等性能的变化情况,搭建以R245fa为循环工质的ORC发电系统实验平台。实验结果表明:热源温度的提高使循环蒸发压力、冷凝压力升高,膨胀机入口温度、压力升高,膨胀比增大,等熵效率提升,膨胀做功能力增强,系统循环热效率、(火用)效率、发电效率均增大;在冷源温度为12℃,工质流量保持恒定的情况下,热源温度从87.5℃上升至108.1℃时,循环热效率由4.1%提升到7.1%,系统(火用)效率由17.2%提升到30.0%,系统发电效率由4.1%提升到7.3%。     

两种有机朗肯循环发电系统的性能分析

针对有机朗肯循环(ORC)发电系统的广阔应用前景,建立无回热(BORC)和内回热(IHORC)有机朗肯循环系统的数学模型。在蒸发温度的变化下,对两系统的热效率、效率、电力生产成本及回收期进行分析;并确立一个由效率和电力生产成本构建的综合目标函数,以此分析系统的综合经济性;找出更适合不同的烟温的蒸发温度区间和系统。结果表明:在一定条件下,IHORC系统的热经济性较好,而BORC系统的经济性更优;在验证了综合目标函数能合理地兼顾热经济性和经济性的条件下,得出BORC和IHORC系统分别存在综合经济性更好的蒸发温度区间;且通过对不同烟温下两系统的性能比较,得出BORC系统更适合回收低温烟气,而IHORC系统回收高温烟气更有优势。     

基于低品位余热驱动的正逆耦合空调系统性能分析

针对低品位余热的利用,将有机朗肯系统与复叠式制冷系统耦合,建立了热力学模型;采用R141b作为朗肯循环系统制冷工质,分别采用R22/R23、R404A/R23、R290/R744、R717/R744四种工质对作为复叠式制冷系统高低温级循环的制冷工质;基于EES软件编写了循环性能计算程序,研究了低温级冷凝温度T_(10)、低温级蒸发温度T_e、蒸发冷凝传热温差ΔT对系统性能COPs以及高低温级质量流量比G的影响,并以COPs与G为评价指标选出最佳工质。结果表明系统的COPs会随着低温级冷凝温度的升高而先增大后减小,并存在一个最佳值;系统COPs随着低温级蒸发温度的升高而增大,随着蒸发冷凝传热温差的增大而减小;高低温级质量流量比随着低温级冷凝温度的增大而减小;R717/R744最适合作为有机朗肯-复叠制冷系统复叠制冷部分工质。