有机朗肯循环工质研究进展

有机朗肯循环是回收低品位热能的有效技术途径,而其所采用的有机工质是影响循环性能的关键因素之一.在简要介绍有机朗肯循环的组成以及理想有机工质的特征之后,针对利用工业余热、地热、太阳能和生物质能以及液化天然气冷能回收等五个方面,介绍了目前有机朗肯循环工质的研究进展.最后,在分析存在问题的基础上,讨论了今后仍需努力的研究方向.     

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.     

海洋温差能朗肯循环非公沸混合工质理论研究

在海洋温差能发电系统中,氨工质的做功能力较强,缺点是湿工质,且有毒、易燃,安全性较差。文章根据热力学性质互补原则,以R227ea/ammonia混合物作为研究对象,对其应用于海洋温差能朗肯循环的性能进行理论研究。研究结果表明:非公沸混合工质在相变时存在温度滑移,这有利于减少换热不可逆损失;随着混合工质中R227ea质量分数的增加,混合工质的毒性和可燃性降低;当R227ea的质量分数为0.15时,混合工质的热效率达到最大值,为3.1%。     

工质R123和R245fa的有机朗肯循环热力性能

在回收热量一定的条件下,运用热力学第一定律建立了有机朗肯循环热力分析模型,基于蒸发参数法展开了工质R123和R245fa的优选研究。计算结果表明:相同蒸发参数下,工质R123的循环热效率高于工质R245fa;相同蒸发温度下R123具有低压特性,这有利于系统的安全运行。从工质的环保性和热力性能来综合考虑,认为工质R123优于工质R245fa。     

有机朗肯循环工质的热稳定性分析

利用化学反应的热力学性质,以正戊烷为工质,从理论上分析计算正戊烷在375℃的中温环境中的分解产物,从而为分析系统性能的影响提供理论依据。     

R245fa作为有机朗肯循环工质的材料相容性研究

对于可再生能源和工业余热资源,有机朗肯循环技术(organic Rankine cycle,ORC)被认为是一种高效的能源回收利用技术。其中R245fa因为其自身良好的环保性以及热力性能,被认为是一种具有良好应用前景的ORC工质。对于ORC系统来说,工质的材料相容性是保证系统稳定运行的基础。针对ORC系统实际工况,确定部件、温度、材料等因素的对应关系,提出一套适用于ORC工质材料相容性研究的实验方法,并以R245fa为例开展了实验研究。实验结果表明,在高温条件下,304不锈钢与R245fa的相容性要优于铜材料;同时在橡胶密封材料的选择上,不建议使用氟橡胶,且三元乙丙橡胶的相容性要优于聚四氟乙烯。     

6 F.01联合循环机组朗肯循环热力性能浅析

以6F. 01联合循环机组为研究对象,比较分析其与9F. 05联合循环机组的热力性能,由此对朗肯循环热力性能进行简要分析。分析认为现阶段提高6F. 01机组主蒸汽压力和温度是提升朗肯循环效率的有效手段。若将汽轮机入口主蒸汽参数由8. 086 MPa. a、565℃提高至16. 2 MPa. a、585℃,朗肯循环效率可由32. 358%提升至33. 745%。研究成果可为类似容量机组主蒸汽参数优化提供参考。     

太阳能驱动有机朗肯循环的工质比较

针对太阳能热水和其它低品位热能的动力利用,研究了工作在100℃供热温度和30℃冷凝温度之间的有机朗肯循环工质的优化选择,以满足较高的循环效率、较大的机械能输出、较小的排气量需求等要求。工质模型采用RKS状态方程,针对R22在-30～95℃温度区间内,计算结果与ASHRAE20-2005数据比较,除液相密度外,其它的热力学参数计算绝对误差小于5%,满足工程模拟要求。利用RKS模型,文中分析了19种有机工质的动力循环参数,发现工质R11的热力学性能系数最高。结合GWP和ODP环境指标,发现R142b、Rc318与R600适合于低温朗肯循环。     

带回热的燃气轮机-有机朗肯联合循环热力设计

燃气轮机以其高效率、低污染、运行成本低的优点被广泛应用于分布式发电系统中。为了进一步提升天然气资源的利用率,本文提出了带回热的燃气轮机-有机朗肯(ORC)联合循环,以高临界温度的有机物为底循环工质,来回收燃气轮机排气中的余热。建立了带回热的燃气轮机-ORC联合循环的模型,提出了使该联合循环热效率最优的热力设计方法,进行了不同设计条件下的仿真试验。结果表明,与传统的燃气-蒸汽动力循环相比,带回热的燃气轮机-ORC联合循环具有更高的联合循环热效率。选择甲苯作为底循环工质,可以获得最高的联合循环效率。此外,燃气轮机-ORC联合循环可以用于热电联供,同时满足区域电负荷和热负荷的要求。     

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。     

Performance characteristics of barometric-type open-cycle OTEC system

Open Cycle-Ocean Thermal Energy Conversion (OC-OTEC) system has a merit to use a heat exchanger of direct contact type without a heat transfer tube. Therefore, it is expected that the capital cost of OC-OTEC is reduced by use of this simply designed heat exchanger. However, non-condensable gas is released in the system, because in a direct contact evaporator, the steam driving a turbine is generated by surface sea water including air, and existing air causes a reduction of system performance. From the above point of view, we carried out an experimental study on the operating characteristics and the effect of structure of a heat exchanger and the existence of non-condensable gas on the performance of a direct contact heat exchanger in an experimental apparatus of barometric type OC-OTEC. As a result, the performance of the direct contact evaporator can be satisfied. However, we cannot get satisfactory results in a direct contact condenser. Therefore, we conducted further experiments through the improvement of the structure of the condenser and the control of the non-condensable gas. Finally, we concluded that the major factor affecting the system performance is the non-condensable gas, but its effect can be ignored when its concentration is below 8%. © 1997 Scripta Technica, Inc. Heat Trans Jpn Res 25(4): 226–237, 1996     

基于海底黑烟囱的海洋温差发电热力循环系统研究

与传统的海洋温差发电系统不同,海底黑烟囱海洋温差发电系统是以海洋地热为热源,以深海冷水为冷源的发电系统。文章分别分析和计算了以水蒸气为工质的开式系统和以纯氨为工质的闭式系统的循环热效率、换热器负荷、泵耗以及循环净功等相关参数。结果表明,与以纯氨为工质的闭式系统相比,开式系统的热水泵功耗过大,降低高温海水的温度和提高闪蒸压力对开式系统是不利的;以水蒸气为动力循环工质有利于降低换热器的负荷,这对换热器的设计是十分有利的。     

电站锅炉热力计算软件的改进与完善

以原苏联 1 973年的热力计算标准为基础 ,并对其进行了改进与完善 ,采用结构化语言Fortran作计算 ,面向对象语言VisualBasic设计界面 ,基于Windows环境开发了 40 0t/h锅炉热力计算软件 ,为电站锅炉的性能计算开辟了一条新的途径     

工质物性变量化的梯形循环一般性热力学规律

基于前期研究提出的梯形循环及其理论模型,建立工质饱和线形状(饱和液线斜率、饱和气线斜率与临界温度)及物性的自变量数学关系,进而建立循环性能(净输出功、热效率等)与工质饱和线及物性的数学模型,从理论角度研究工质性质对循环性能影响的一般性热力学规律,得到循环性能分别随工质的干、湿、等熵性质和工质饱和线斜率、临界温度、雅克比数及定压比热的变化规律。     

洁净燃煤发电系统热力性能计算软件编制

根据过程系统工程的思想,利用模块化建模方法,对洁净燃煤发电系统建立了典型设备的数学模型库及各种工质热力性质计算函数库。运用Visual Basic程序开发工具开发研制了界面友好,使用方便,组态灵活,可扩展性强的洁净燃煤发电系统热力性能计算软件。对我国洁净燃煤发电系统电站的选型、设计以及优化分析具有较高的实用价值。     

船用柴油机烟气余热ORC系统的热力性能分析

对采用不同换热器配置的有机朗肯循环(ORC)系统进行了分析,理论分析结果表明:在柴油机烟气余热ORC系统所有部件之中,蒸发器的损失最大;通过增加预热器或回热器能进一步提高热源的利用率,但同时系统的损失和成本增加。为此对影响ORC系统性能的关键因素进行优化设计:使蒸发器过热度和冷凝器的过冷度取1~2℃;并尽可能提高膨胀机的膨胀比和内效率。试验结果表明:ORC试验系统理论热效率5.7%,实际热效率5.3%,引起偏差的主要原因是膨胀机实际容积效率低于理论值,实际机械消耗大于理论值,且系统混入的不凝气也对系统造成影响。新开发的低温烟气余热ORC系统的设计方法,实现了对烟气余热ORC系统的优化配置,为船舶柴油机烟气余热利用提供了一种切实可行的解决方案。     

利用地热能的双压有机朗肯循环性能分析

根据地热利用系统回灌的要求,对热源在系统出口处的温度进行限制,研究了双压有机朗肯循环（DPORC）中的热量分配以及随运行时间的系统性能变化,针对5种不同的有机工质进行了计算分析。研究表明：系统热力学性能的最大值和有机工质流量的最小值在同样的k值（热源提供给高压循环的热量与热源为DPORC提供的热量比）处获得。而采用R600和R245fa系统的净输出功率较大;相比R601,采用R245fa可以将系统的净输出功率提高168.06 kW（5.55%）,热效率和效率分别可提高0.70%和2.86%。相比于单压有机朗肯循环（SPORC）,DPORC可以有效减小系统随运行时间净输出功率降低的幅度。经过40 a的运行,采用R601的系统净输出功率降低幅度最低（428.11 kW, 14.14%）,而采用R600系统的净输出功率降低幅度最大（526.75 kW, 16.55%）。     

A supercritical Rankine cycle using zeotropic mixture working fluids for the conversion of low-grade heat into power

A supercritical Rankine cycle using zeotropic mixture working fluids for the conversion of low-grade heat into power is proposed and analyzed in this paper. Unlike a conventional organic Rankine cycle, a supercritical Rankine cycle does not go through the two-phase region during the heating process. By adopting zeotropic mixtures as the working fluids, the condensation process also happens non-isothermally. Both of these features create a potential for reducing the irreversibilities and improving the system efficiency. A comparative study between an organic Rankine cycle and the proposed supercritical Rankine cycle shows that the proposed cycle can achieve thermal efficiencies of 10.8-13.4% with the cycle high temperature of 393 K-473 K as compared to 9.7-10.1% for the organic Rankine cycle, which is an improvement of 10-30% over the organic Rankine cycle. When including the heating and condensation processes in the system, the system exergy efficiency is 38.6% for the proposed supercritical Rankine cycle as compared to 24.1% for the organic Rankine cycle.