中低温地热发电有机朗肯循环工质的选择

为了筛选出适合于中低温地热发电有机朗肯循环的较优有机工质,采用热动循环的分析方法及PR状态方程计算以10种干流体有机工质为循环工质的中低温地热发电有机朗肯循环的效率及其余主要热力性能.结果表明,总体来看,随着循环工质临界温度的升高,蒸发压力、凝结压力、输出功率及效率呈下降趋势,而循环热效率及地热流经换热后的排放（或回灌）温度呈上升趋势.以R227ea（七氟丙烷）作工质的有机朗肯循环系统输出功率及效率最高,蒸发压力及凝结压力均处于较合适的范围,R227ea是中低温地热发电有机朗肯循环较理想的工质.     

液化天然气冷能发电系统参数分析与工质选择

为了对液化天然气(liquied natural gas,LNG)冷能发电系统参数及工质选择进行分析,以单级朗肯循环为基础,选取不同工质,对LNG低温冷能发电亚临界循环基本参数进行了模拟分析,确定了几种典型工质的最佳运行参数.结果表明:以系统净发电量为评价标准,工质存在最佳蒸发温度,最佳蒸发温度越高,净发电量越大;结合低温动力循环工质选择原则,最终优选出以R290为低温动力循环系统工质、11.08℃为最佳蒸发温度构建的单级冷能系统净发电量为81.34 kW,研究结果为LNG冷能发电系统的进一步优化提供了参考.     

氨水卡林纳-朗肯循环组合系统的热力学分析

为改善氨水卡林纳-朗肯循环组合系统的运行性能,选取动力回收效率和效率作为评价指标,对氨水卡林纳-朗肯循环组合系统进行研究.分析外界冷热源温度变化对系统动力回收效率和效率的影响规律,并且分析在一定初始条件下循环系统各个设备的损失和效率,有针对性地改善系统的传热性能.在热源进口温度为300℃,卡林纳循环和朗肯循环冷源进口温度分别为25℃和15℃时,卡林纳循环和氨水朗肯循环的动力回收效率分别为18.2%、14.6%,效率分别为41.1%、33.1%,而氨水朗肯循环的综合动力回收效率和综合效率可以达到19.6%和46.5%.当供暖水温度分别为70℃或90℃而回水温度保持40℃时,氨水朗肯循环可以获得55.3%或65.6%采暖回收率,8.7%或13.4%的热水效率.     

一种发电和CO2捕集相结合的LNG 冷能利用系统

温室效应的加剧使人们的碳捕集意识逐渐提高。针对碳捕集问题,将CO₂超临界朗肯循环和有机朗肯循环相结合,对原有燃气轮机废气发电系统进行改进,提出了一种废气发电与CO₂捕集相结合的LNG冷能梯级利用系统。利用Aspen Plus软件对系统进行热力学模拟计算,详细分析了蒸发压力和蒸发温度对系统热力学性能的影响。结果表明,提高CO₂超临界朗肯循环的蒸发压力和蒸发温度,对系统的净输出功和热效率有积极影响;有机朗肯循环的蒸发温度达到250 ℃后,其余热回收率达到最大值且不再随蒸发压力发生变化;系统净输出功可达251.6 kW,余热回收率为92.00%,㶲效率为57.00%;CO₂液化量达到883.6 kg/h时,可减少CO₂排放量763万t/a。研究成果对保护环境具有重大意义。     

有机朗肯闪蒸发电性能数值模拟与实验测试对比研究

以热水温度为90℃作为设计额定工况，设计并搭建了发电功率为800 W的有机朗肯闪蒸循环（ORFC）实验测试装置，分别对热水温度为95℃、90℃、85℃和80℃的4个工况下发电性能进行了实验测试。实验测试结果表明：ORFC在设计工况下的实测发电功率为797.21 W，基本达到了设计要求；热水温度的降低使得系统的发电功率、热效率和膨胀机的等熵效率降低；总体而言，ORFC的发电功率较有机朗肯循环（ORC）有了显著提高。本文弥补了ORFC的实验测试空缺，验证了ORFC发电数值模型的准确性，进而证明了ORFC的先进性。     

柴油机排气余热的有机朗肯循环发电系统

针对柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统.在该系统中,采用R245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)作为循环工质,针对其不同蒸发温度以及冷凝温度,通过模拟计算研究了最终排气温度、系统净输出功率和朗肯循环实际效率的变化规律.研究结果表明,当蒸发温度低于367.46 K时应采用一级膨胀系统;当蒸发温度高于367.46 K低于404.6 K时应采用二级膨胀系统;冷凝温度恒定时,最终排气温度随蒸发温度的升高而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随蒸发温度的升高而升高;蒸发温度恒定时,最终排气温度随冷凝温度的降低而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随冷凝温度的降低而升高.     

Power System of Diesel Recovery With a Engine Waste Heat ORC System

针对柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统．在该系统中,采用R245fa（1,1,1,3,3-五氟丙烷）作为循环工质,针对其不同蒸发温度以及冷凝温度,通过模拟计算研究了最终排气温度、系统净输出功率和朗肯循环实际效率的变化规律．研究结果表明,当蒸发温度低于367．46K时应采用一级膨胀系统;当蒸发温度高于367．46K低于404．6K时应采用二级膨胀系统;冷凝温度恒定时,最终排气温度随蒸发温度的升高而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随蒸发温度的升高而升高;蒸发温度恒定时,最终排气温度随冷凝温度的降低而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随冷凝温度的降低而升高．     

基于太阳能和LNG冷能的朗肯循环系统热力学分析

针对化石燃料燃烧时对环境造成严重污染的问题,为增加清洁能源在我国一次能源消费中所占的比例,构建了太阳能和LNG冷能联合使用的有机朗肯循环系统,通过热力学性能和㶲损分析了建立的循环系统。结果表明,当循环Ⅰ、Ⅱ的蒸发压力为2.8 MPa、蒸发温度为371 K时,系统存在最大净输出的功和热效率,其值分别为81.46 kW、20.88%;当循环Ⅰ、Ⅱ蒸发压力分别为3.0 MPa,蒸发温度为371 K时,最大㶲效率为53.43%;换热部件的㶲损最大,集热器的㶲效率较低;按90%发电效率、1元/（kW·h）电价计算,系统年均可带来超过53万元的经济效益,与相同燃煤发电量相比,可减少SO2排放量13 939 kg/a和CO2排放量462 000 kg/a,具有节能减排的效果。     

基于有机朗肯循环的热电联供系统

有机朗肯循环在低温热源领域具有广泛的应用.文中建立有机朗肯循环系统,通过选择循环运行参数和循环工质提高系统的效率,同时建立热电联供系统,提高系统综合性能.结果表明:蒸发温度(压力)和膨胀机等熵效率的提高都明显有利于提高系统热效率,降低冷凝温度和过冷度一定程度上也可以改善热效率.R236ea、R245ca、R245fa、...     

柴油机尾气余热回收系统的能分析和火用分析

采用R245fa作为循环工质,利用有机朗肯循环回收柴油机尾气余热,从而提高柴油机的燃油经济性。对不同蒸发压力下的朗肯循环热效率和发动机不同工况下余热回收系统的火用效率以及系统各组件的火用损失率进行了计算和分析。研究结果表明,蒸发压力越高则朗肯循环效率越高,工质和尾气之间传热的不可逆损失和蒸发器出口较高的尾气温度使得蒸发器的火用损失率最大,采用余热回收系统回收发动机尾气余热,系统输出净功最高可达18.7 kW。     

有机朗肯循环与蒸汽压缩制冷循环耦合系统联产性能研究

以中高温地热作为驱动热源,将有机朗肯循环与蒸汽压缩制冷循环相结合,提出了中高温地热冷热电联产系统。基于热力学第一和第二定律,构建了冷热电联产热力学优化模型,并对热源温度120～200℃范围内的系统性能进行了模拟计算和分析,比较了Cyclohexane、Pentane、n-Heptane、n-Octane、nNonane、n-Decane、n-Hexane及Isopentane 8种不同工质的热力学性能。结论显示:有机朗肯循环与蒸汽压缩制冷循环耦合系统可以实现冷热电联产,根据季节需求不同灵活调控;Isopentane发电性能最佳,Isopentane制冷性能最佳;回收冷却水排放的热量可以大大提高耦合系统热效率,热效率高达90%多。     

有机朗肯循环封闭式膨胀机内置发电机排气冷却问题研究

采用全密封、内置发电机的封闭式膨胀机是有机朗肯循环重要的发展方向,利用膨胀机排气来冷却发电机是一种简单易行的技术路线。但有机朗肯循环中膨胀机排气温度相对较高,对发电机的冷却效果需要专门研究。根据集总参数思想建立了发电机等效热路模型,研究不同工况下发电机定子绕组最高温度和温升的变化规律。结果表明：在一定的冷凝温度下,随着蒸发温度的增加,定子绕组最高温度及温升均增加,分别可达151℃和85℃;而在一定的蒸发温度下,随着冷凝温度的提高,上述参数呈现下降的趋势,在冷凝温度为30℃时,最高温度和温升分别可达126℃和65℃。     

有机工质低温余热发电的模拟与优化

以热力学第一定律和第二定律为基础,对有机朗肯循环低温余热发电系统进行了热力分析.用Aspen plus软件,对循环系统中的几个重要影响参数进行了模拟研究.研究结果表明:工质处于饱和状态时系统的性能最优;增大蒸发压力或减小冷凝压力都能提高系统的热效率和火用效率.在原有基本朗肯循环的基础上,采用乏气回热循环或中间抽气回热循环,二者均能改善系统的性能.     

朗肯循环能量回收系统参数的优化

本文利用最优化计算方法,试行船舶柴油机余热能量回收朗肯循环发电系统参数的最优选择,对常规单压系统和双压系统进行了计算。通过复合形法及SCDD法计算结果的对比,并把计算结果与实际船舶柴油机余热回收系统参数相比较,初步证实了这种方法的有效性。     

并联型热电联产系统的热力性能模拟

为解决传统中低温余热回收系统循环热效率低、冷凝热难以利用的问题,提出了一种并联型有机朗肯循环与喷射式热泵联合循环系统结构。通过并联布置热机子循环与热泵子循环,并增设外部换热器,可回收全部冷凝热量用于制备辐射采暖水,同时系统输出的热电比在一定范围内可调节。建立了系统能量分析模型和?分析模型,对比分析了联合循环与有机朗肯循环的热力性能。研究了部件?损失与系统?流特性,并分析了工质流量比和蒸发温度对系统热力性能的影响规律。结果表明：联合循环热回收效率和?效率比有机朗肯循环分别提高了60.83%和30.76%。?损失最大的两个部件分别是发生器和外部换热器,造成外部换热器?效率低的主要原因是内部传热温差较高。工质流量比对系统热力性能影响显著,当蒸发温度低于25.2℃时,工质流量比的可调节范围最大。本研究成果可为高性能中低温余热回收系统的研发提供指导。     

有机朗肯循环在水泥工业余热利用中的环境经济性分析

针对有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)在水泥工业低温余热回收中的应用,根据工质的临界温度筛选准则,选取了hexane、isohexane、R601和R123作为循环运行工质。分别对用这4种工质的循环热效率、输出净功和换热面积进行了计算分析,进而分析了循环的回收期和生命周期环境影响。对于日产4 000 t的水泥生产线,ORC每年发电1 151~1 215万k W·h,可节约3 453~3 646 t标准煤,可减排约1.31~1.39万t CO2,投资回收期为1.18~1.71年,ORC可减少环境负荷2.94%~3.11%,温室排放潜能1.55%~1.64%。结果表明,采用hexane作为工质的有机朗肯循环具有较好的经济性,而采用R601作为工质的有机朗肯循环则具有较好的环境性,有机朗肯循环有较好的经济性和环境友好性。     

考虑经济环境影响的有机朗肯循环区间不确定性多目标优化

针对热源温度和质量流量的参数波动特性,建立了有机朗肯循环的多目标优化模型,优化模型综合考虑了循环的热力性能、经济性能和环境性能的影响。目标函数是最大化系统输出净功和火用效率,最小化投资回收期和全生命周期的环境影响负载。循环的蒸发温度和冷凝温度为决策变量。引入了区间不确定性优化方法对热源参数波动的多目标优化模型进行求解,受热源参数区间变化的影响,区间不确定性优化参数对应的目标函数均为区间量,当热源参数变化幅度较大时,ORC系统的最优蒸发温度受热源参数变化幅度的影响较大,R141b的综合性能较优。使用区间不确定性多目标优化方法,可以简化优化过程,不需要再对热源变化引起的系统性能变化进行敏感性分析。     

地热和生物质燃气联合发电系统建模与热力性能分析

针对中低温地热能电站发电效率低等缺陷,提出一种中低温地热和生物质燃气联合发电系统,采用热量大、温度低的地热能蒸发动力循环工质,温度高、热量少的生物质厌氧消化产气过热工质,初步选用氨为循环工质,建立系统热力性能分析模型,分析变工况特性下系统的循环热效率、生物质能利用分数和能-电转换效率,依据系统组成型式,建立地热能与生物质燃气联合发电系统成本计算模型,结果表明:工质过热度从0℃提高到220℃时,生物质能利用分数从0%增加到38.60%,能-电转换效率从5.84%提高到23.85%,LEC成本由0.105 5$/k Wh降低到0.070 7$/k Wh。结果可为中低温地热与生物质燃气联合发电系统的设计和性能评估提供理论依据。     

低温有机朗肯循环工质性能分析

根据对有机朗肯循环工质的选取原则,选出7种工质作为备选工质,建立了有机朗肯循环的热力学模型,并基于热力学第一定律和第二定律对其热力过程进行了计算分析,分别对7种工质的蒸发压力、单位工质净功量、不可逆损失、热效率、火用效率进行对比,结果表明,在给定的热源范围内,R141b各项性能最佳,R1233zd其次,而R1234yf和R1234ze表现较差.     

液化天然气冷能发电复合流程的构建及能效分析

为了探究液化天然气(LNG)冷能发电和NG(天然气)烟气的余热回收,提出由级联朗肯循环与LNG直接膨胀构成的一体化工艺流程.根据LNG气化过程中物理释放特性,结合NG烟气余热特点,确定工艺流程中各个节点的热工参数,开展工艺流程的热力学分析,以论证工艺流程的理论可行性.对LNG气化压力对系统热力学性能的影响进行分析.研究结果表明,LNG直接膨胀与朗肯循环一体化工艺符合热力学基本定律,具有理论可行性,是LNG冷能发电的有效途径之一.在一体化系统中,LNG冷能发电量为55.52kW·h/t,烟气余热回收效率为41.17%,冷能利用的效率为16.25%.主要的损失集中于各个换热器上,占系统总损失的87.86%.随着LNG气化压力的增大(0.2~2.0 MPa),系统的损失降低,系统的效率升高.