低温热能有机物发电系统热力分析

首先介绍了ORC循环工质的热力学和一些性质,指出工质应满足压力、干湿性以及环保等方面的要求,然后以R123、R21和R245fa工质为例给出了热源温度低于:100℃情况下ORC发电系统的热力学模型分析,比较了不同工质下系统工作参数对ORC性能的影响规律,并且指出工质R245fa是综合考虑环保、热力性能等因素下的较好的选择.     

低温太阳能热力发电有机朗肯循环工质的选择

为了筛选出适宜于低温太阳能热力发电有机朗肯循环的工质,根据 PR 状态方程计算和分析了采用 11 种低沸点有机流体工质的低温太阳能发电朗肯循环的热力性能.结果表明:随着工质临界温度的升高,有机透平进口处的最大蒸发压力基本呈下降趋势;在凝结温度与有机透平进口温度一定的情况下,临界温度越高的流体,其循环热效率越高;使用正已烷和正戊烷能获得较高的循环热效率,凝汽器中的凝结压力比较适中,是比较适合用作低温太阳能热力发电有机朗肯循环的工质.     

基于有机工质朗肯循环系统的低温余热发电技术简述

调整能源结构、推进节能减排是我国工业化的必经之路。我国工业生产产生的中高温余热发电技术较为成熟,而低品位余热发电尚在发展。以低沸点有机物为工质的朗肯循环低温发电技术是回收中低品位热能的有效手段,不仅节能降耗,还能为企业带来可观的经济效益。文中从技术原理、循环工质、关键设备等方面介绍有机工质朗肯循环低温发电技术,并对发展前景作出展望。     

钢铁企业中低温烟气发电系统的比较和优化

为高效利用钢铁厂200～450℃烟气余热,利用EES软件模拟计算了水蒸气朗肯循环(SRC)4种有机朗肯循环(ORC)和水蒸气-有机物联合双循环(S-ORC)的热效率、火用效率和单位质量工质的发电能力。通过比较各发电系统的性能,探讨了低温发电系统的优化措施。为进一步利用ORC系统透平机乏汽余热,针对300℃以上的热源设计了梯级有机朗肯循环(CORC)。综合考虑各发电系统的性能,得出:对于200～300℃的烟气,可采用以R141b为工质的ORC发电系统;对于300～450℃的烟气,可采用CORC发电系统。由于S-ORC的热效率、火用效率、发电功率比传统SRC的高,且能有效减小工质在冷凝器的负压,对于450℃以上的热源,可用S-ORC代替传统的SRC。     

芳烃蒸馏过程低温余热发电系统影响因素分析

针对以芳烃蒸馏过程余热为热源的有机物工质朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)发电系统,建立了数学模型,计算并比较了包括R600a、R601及R245fa在内的几种工质的工作压力、膨胀比、系统效率等参数,分析并验证了工质流动阻力和常见几种冷却方式对系统工作参数、系统效率等的影响。研究表明:在工质蒸发温度为90-130℃,冷凝温度45℃的条件下,流动阻力损失导致系统发电功率和效率分别降低约1.5%-9.2%和1.7%-9.3%;循环水冷却系统耗功占系统发电功率比(即耗功比)最大,达到7.6%-13.7%,直流水冷却系统耗功比最小,约3.6%-4.9%;与直接空气冷却方式相比,湿式空气冷却方式在环境温度高于30℃时可使系统发电效率提高40.4%-47.7%。     

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。     

基于BP神经网络低温余热发电系统建模

通过设计低温余热发电系统的模拟实验,研究基于有机朗肯循环的余热发电系统的性能以及主要影响因素。通过对实验数据的研究分析,发现涡轮机转速与工质蒸发压力相匹配,能够使系统达到最大功率输出。为研究这一问题构建BP神经网络,并用实验数据对BP网络进行训练,建立基于BP神经网络的系统模型。     

DESIGN AND RESEARCH ON LOW-TEMPERATURE ENERGY CONVERSION SYSTEM BASED ON ORGANIC RANKINE CYCLES(ORCs)

设计建造了以有机工质朗肯循环为基础的低温热能发电系统.机组采用“壳管式预热器+满液式蒸发器”来提供饱和蒸汽,推动双螺杆膨胀机完成能量转换.系统的理论能量转换效率为10.0％ -12.6％,系统实际效率为3.6％～6.0％,偏差源自不可逆损失和转动部件消耗的动能.样机的测试结果证明了低温热能发电系统的可行性,为大型机组的设计提供了实验基础和设计依据.     

低温热源喷射式发电制冷复合系统的(火用)分析

根据热力学第二定律,对一种新型低温热源喷射式发电制冷复合系统进行了(火用)分析,并以R600a作为工质对系统进行了仿真计算.结果表明:在热源入口温度为420 K、热源热水流量为0.2kg/s、热源蒸发温度为370 K的标准工况下,系统净发电量为2.74 kW,系统制冷量为11.99 kw,系统的(火用)效率达到25.83%,系统能量利用率为45.34%;系统(火用)损失主要发生在蒸汽发生器和喷射器中.在热源蒸发温度提高过程中,系统内部工质流量发生改变,导致系统净发电量和(火用)效率小幅下降,制冷量和能量利用率先增后降.当热源蒸发温度为370 K时,系统能量利用率达到最大值.     

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。     

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。     

低温余热发电系统中涡轮膨胀机的优化研究

以R152a为循环工质,对低温余热发电系统中径流涡轮式膨胀机进行了研究;采用EES(Engineering Equation Solver)软件编程对涡轮膨胀机进行了热力设计,其轮周效率、内效率分别可达90.19%和88.84%,输出功率为50 kW;对所设计的膨胀机进行性能分析发现:随着膨胀机入口工质温度的升高,其内效率稍有下降,而输出功率大幅增加;对应膨胀机大功率条件下的是较高的比转速Ns和较小的比直径Ds,符合未来高性能涡轮式膨胀机"大功率,高转速,小尺寸"的发展趋势。     

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%。     

纯低温余热发电系统的优化分析

通过建立纯低温余热发电系统的热力学模型,计算分析了过热蒸汽压力、进口烟气温度和节点温差等因素对纯低温余热发电系统发电性能的影响.结果表明:在设计纯低温余热发电系统时,存在一优化过热蒸汽压力,使得纯低温余热发电系统的单位烟气发电功率最大;随着进口烟气温度的升高,系统单位烟气发电功率增大,对应的优化过热蒸汽压力升高;而随着节点温差的增大,系统单位烟气发电功率减小,对应的优化过热蒸汽压力降低.     

R245fa有机朗肯循环余热发电系统火用分析

以低品位热能驱动的有机朗肯循环发电系统,是实现将低品位热能转变为电能,进而提高热力系统总体热效率,降低污染排放的有效途径之一。本文建立了低品位热能发电系统火用分析模型,对以R245fa为工质的温度低于383.15 K的低品位热能有机朗肯循环余热发电系统进行了火用分析,得到了各环节的能量转换效率并确定了对系统性能影响最大的环节;通过改变蒸发器和冷凝器的压降和传热系数值,分析了主要换热设备的设计和运行性能参数对系统火用效率、热效率和发电量的影响趋势,提出了低品位热能发电系统的优化方向。     

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.     

有机工质余热发电技术的研究进展及其应用前景

工业余热、太阳能热、地热、生物质能、海洋温差等都是低品位热源,有机朗肯循环(ORC)可以有效提高低品位热源的利用效率。提高ORC效率的关键是根据应用对象的特点选择合适的有机工质,国内外学者对各种领域内应用的ORC工质进行了大量深入的工作,并且取得很多成果,我国低温余热资源十分丰富,而能源利用率却不高,采用ORC提高能源回收以及利用率,在我国各行各业在都有着广阔的应用前景。     

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。