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.     

不同工况下非共沸混合工质有机朗肯循环系统性能研究

采用MATLAB软件模拟非共沸混合工质在不同冷热源条件下对有机朗肯循环(ORC)系统性能的影响。选取R245fa/R1234ze和R245fa/R600a作为混合工质,热源温度取120和200℃,分别在冷凝露点温度为40℃和冷却水温升为5,10,15℃的工况条件下,利用热力学第一定律和火积理论对系统性能进行分析。结果表明：热源温度为200℃时,R245fa, R1234ze和R600a系统净输出功率分别为89.83,61.87和77.74 kW,使用R245fa系统性能优于其混合工质;热源温度为120℃、固定冷凝露点温度时,混合工质R245fa/R600a(90%∶10%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了27.6%和27%,R245fa/R1234ze(60%∶40%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了26%和20.5%;火积耗散和单位面积做功量与净输出功率变化相反,提高冷却水温升时,增大了系统火积耗散,且流向环境中的火积耗散在总火积耗散中占比增大,导致系统的传热不可逆损失增加。     

有机朗肯循环低温热发电系统热力性能分析

研究了汽轮机蒸发温度和膨胀比对有机朗肯循环低温热发电系统的影响。以R600、R601、R245fa、RC318四种有机工质为例,基于热力学第一定律和第二定律,研究了这两个参数对系统性能变化的影响,主要是对系统热效率、净输出功率以及系统总不可逆损失的影响。     

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。     

不同工质对内置换热器有机朗肯循环系统热性能的影响

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)可实现中低温热能的有效利用,但其热利用效率仍可进一步提高,而内置换热器的使用可有效提高循环的热利用效率。因此,文章构建了内置换热器ORC系统的热力学模型。研究了当蒸发温度变化时,R600,R601a,R236ea,R245fa,R245ca,R123,R600a,R114和R142b对内置换热器ORC系统性能的影响,并比较了内置换热器ORC系统与传统ORC系统的净输出功率和热效率。结果表明:在最优蒸发温度下,采用R236ea的内置换热器ORC系统净输出功率大于其余工质,为32.40 kW,其比第二最大净输出功率R600a系统相对增大1.16%;采用R601a的内置换热器ORC系统的热效率最大。内置换热器ORC系统的最大净输出功率及热效率均较传统ORC系统显著增大。     

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。     

车用内燃机变工况下有机朗肯循环系统性能的分析

通过试验和理论研究,得出了一台车用柴油机在全工况范围内可用排气能量的变化规律,据此设计了一套有机朗肯循环余热回收系统,分别采用纯工质R245fa和非共沸混合工质R416A作为系统的工作介质。针对车用柴油机有机朗肯循环联合系统,提出了有用功提升率评价指标。通过数值计算,研究了不同柴油机工况下,有机朗肯循环系统和联合系统工作性能的变化规律,得出了有机工质质量流量与柴油机可用排气能量的对应关系。研究结果表明:随着柴油机转速和转矩的增加,两种工质(纯工质R245fa和非共沸混合工质R416A)的有机朗肯循环系统的净输出功率均逐渐增加,最大值分别为30.39kW和28.03kW;两种工质的车用柴油机有机朗肯循环联合系统的有用功提升率最大分别为9.00%(纯工质R245fa)和9.70%(非共沸混合工质R416A);采用非共沸混合工质R416A的性能优于采用纯工质R245fa。     

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。     

非共沸工质与纯工质在ORC系统中的特性比较研究

工质的特性是影响ORC(有机朗肯循环)系统性能的重要因素之一。建立了65~100℃低温地热水有机朗肯循环发电系统数学模型,将R245fa分别与R601a和R227ea以不同比例混合作为ORC系统的工质,比较了非共沸混合物和纯物质两类工质对ORC系统循环净功、热效率和火用效率的影响。研究结果表明:无论是纯工质还是非共沸工质,系统的循环净功、热效率和火用效率都随着热源温度的升高而增大。工质在相变过程中是否存在温度滑移,是影响ORC系统性能的重要因素之一。在65~100℃的热源条件下,综合考虑3个评价指标,当R245fa配比为0.1~0.7时,R245fa/R601a混合物的循环净功、热效率和火用效率分别提升0.012~2.48 k W、0.005%~1.15%和0.08%~10.7%;当R245fa配比为0.5~0.9时,R245fa/R227ea混合物的循环净功、热效率和火用效率分别提升0.049~4.25 k W、0.057%~1.75%和0.21%~16.1%。     

柴油机废热驱动有机朗肯循环的理论和试验

对柴油机废热驱动有机朗肯循环(ORC)发电系统的4种方案进行了理论分析;并以200,kW柴油发电机废热回收为对象,设计一台以R245fa为循环工质的废热驱动ORC发电系统样机.在柴油发电机输出功率为180,kW时,分别以"发动机冷却液"和"发动机冷却液和尾气"为热源,测试ORC系统的循环性能.结果表明:单独依靠发动机冷却液驱动ORC系统时,节温器开闭导致系统无法稳定工作.当强制开启节温器、R245fa流量从0.32,kg/s增大到0.41,kg/s时,冷却液出水温度迅速下降,而系统净发电量单调递增至3.1,kW;净效率曲线呈先增后减的变化趋势,并在0.35,kg/s时达到3.8%的最大值.当发动机冷却液和尾气共同驱动ORC系统时,系统净发电量可达9.9,kW,净效率为6.3%.     

有机朗肯循环与再热式循环低温热源发电系统热力性能研究

针对120℃以下的低温余热热源,探讨了基本有机郎肯循环发电系统和再热式有机朗肯循环发电系统模型的基本原理.从热力学第一定律角度出发,研究了纯工质R245fa和非共沸混合工质R21/R245fa在基本有机郎肯循环系统中,以及纯工质R245fa在再热式有机郎肯循环系统中,三种形式的有机郎肯循环系统热力性能随蒸发温度的变化情况.与纯工质基本有机郎肯循环系统相比,再热式有机郎肯循环最大可提高系统净输出功7.08％,而混合工质对提高整个系统热力性能具有较大的优势,净输出功和热效率最大可提高4.67％和2.91％.     

Experimental investigation on the performance of ORC power system using zeotropic mixture R601a/R600a

An experimental study on the practical performance of organic Rankine cycle (ORC) system using zeotropic mixture is performed by using a small scale ORC power generation experimental setup. R601a/R600a is selected as the working fluid. The effects of mixture composition, heat source temperature, and working fluid flow rate on the performance of ORC system are investigated. The experimental results indicate that the net power output first increases and then decreases as the R600a concentration increases. The optimal mixture composition with the maximum net power output is 0.6/0.4 (mass fraction) at the heat source temperature of 115°C. The net power output of R601a/R600a (0.6/0.4) is higher than that of R601a by 25%, indicating that the performance of ORC system can be clearly improved by using the zeotropic mixture. For a fixed working fluid flow rate, both net power output and thermal efficiency first decrease slowly and then drop sharply with the decrease of the heat source temperature. The appropriate superheat degree of R601a/R600a is in the range of 15 to 20°C when the heat source temperature has a small variation. In addition, the optimal working fluid volume flow rates yielding the maximum net power output are obtained for different compositions of R601a/R600a. The experimental results in the study can be of great significance for the design and operation of ORC power system using zeotropic mixture. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

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。     

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%。     

Experimental comparison of R245fa and R245fa/R601a for organic Rankine cycle using scroll expander

An experimental test was conducted to compare R245fa with R245fa/R601a on the organic Rankine cycle performance. The major objective of this paper is to ascertain the highest thermal efficiency and the optimal dimensionless volume ratio using the two working fluids. The experimental system consists of an electrically heated boiler, a vapor generator, a scroll expander, a condenser, a working fluid pump, and so on. For the typical weather conditions of May in Tianjin, the experiment results show that the working fluid charge has an important influence on the organic Rankine cycle performances. The optimal isentropic efficiency of the scroll expander corresponds to the design expansion ratio. Underexpanded and overexpanded processes result in the decline of the isentropic efficiency of the scroll expander, with the former playing a major role. R245fa/R601a improves the heat transfer performance in the vapor generator because of the nonisothermal phase change. The highest thermal efficiency for R245fa and R245fa/R601a is 4.38% and 4.45%, thereby illustrating that R245fa/R601a precedes R245fa. The optimal dimensionless volume ratios for R245fa and R245fa/R601a are 0.38 and 0.41, respectively. The experimental test lays foundation of the 500‐kW geothermal plant for demonstration in the next step. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

分液冷凝有机朗肯循环系统R245fa/HFOs工质选择研究

有机朗肯循环是中低品位热能高效利用的有效技术之一,分液冷凝有机朗肯循环（LSCORC）是基于分液冷凝传热强化的新型热力循环。为寻找新型环保替代工质,建立LSCORC系统的热力学模型,以最大化净输出功为目标,重点考虑了雅各布数、冷热源换热匹配对系统性能的影响,对R245fa/HFOs工质进行了对比筛选。结果表明：工质的雅各布数越大,其净输出功越小;在基础工况下,R245fa/R1336mzz(Z)的热力性能及热经济性表现最佳;当热源参数变化时,雅各布数较小工质的性能表现普遍优于雅各布数较大的工质组合;当冷源参数变化时,在分液冷凝器两个流程中温度滑移和冷源温升匹配越好的工质组合,其系统净输出功越大。     

柴油机废热利用的ORC系统特性研究

以柴油发动机缸套水和尾气废热为热源,设计开发了有机郎肯循环ORC的热力循环系统及发电装置。在该系统中,采用R245fa作为循环工质,以板式蒸发器和冷凝器作为工质相变的换热元件,机械能与电能转化。ORC系统测试结果表明,在ORC系统和发动机长时间稳定运行,稳定发电量14.4kW,发电效率7.2%;净发电量12.45kW,净发电效率6.25%。在保持发动机稳定运行和冷却水全部进行大循环的前提下,发动机出水温度降低,有利于总发电量和净发电量的提升。     

Performance evaluation of a low-temperature solar Rankine cycle system utilizing R245fa

A low-temperature solar Rankine system utilizing R245fa as the working fluid is proposed and an experimental system is designed, constructed and tested. Both the evacuated solar collectors and the flat plate solar collectors are used in the experimental system, meanwhile, a rolling-piston R245fa expander is also mounted in the system. The new designed R245fa expander works stably in the experiment, with an average expansion power output of 1.73 kW and an average isentropic efficiency of 45.2%. The overall power generation efficiency estimated is 4.2%, when the evacuated solar collector is utilized in the system, and with the condition of flat plate solar collector, it is about 3.2%. The experimental results show that using R245fa as working fluid in the low-temperature solar power Rankine cycle system is feasible and the performance is acceptable.