柴油机有机朗肯循环余热回收系统的耦合效应

在基于GT-SUITE的重型柴油机-有机朗肯循环-冷却系统的仿真平台上,首先讨论了朗肯循环系统发电功率与冷却系统散热功率之间的盈亏关系.试验发现:随着朗肯循环系统发电功率的增加,为了维持其冷源温度,冷却系统散热功耗也迅速增长,系统存在盈亏平衡点和净功率峰值点.其次,研究了冷凝压力控制目标的调节对盈亏关系的调控规律.结果表明:冷凝压力的控制目标应随着发动机转速和负荷的增加而升高,从而增大散热温差,抑制冷却系统散热功率的过快增长.最后,分析了冷却系统的功耗特性,定义了有机朗肯循环放热过程的等效能效比,探讨了优化等效能效比对净输出功率的拓展作用,从宏观趋势上预测了系统净功率输出提高的方向、可能性和潜力.     

有机朗肯循环余热回收技术

正据《Motor Ship》2014年4月刊报道,法国Enertime公司已经研制了余热回收和发电用的船用有机朗肯循环系统,最多能使燃料消耗减少10%。与蒸汽动力循环一样,有机朗肯循环系统利用热量蒸发流体。产生的蒸汽在涡轮内膨胀,产生机械能。后然该流体(Enertime所采用流体是HFC-24fa)冷凝并泵入闭式循环。有机朗肯循环和蒸汽动力循环的主要差别是其使用具有较低沸点的有机流体,从而能够利用更低温度的热源。     

基于有机朗肯循环的APU余热回收系统性能分析

为有效利用飞机辅助动力装置（Auxitlary Power Unit , APU）排气余热,基于有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）发电系统,构建了APU余热回收系统。系统以APU排气余热为输入,驱动ORC做功,输出电能,为机载设备提供二次能源。结合工程热力学原理,建立系统热力学模型,并通过Matlab编程对余热回收系统进行了仿真计算及性能分析。仿真结果表明,系统功率及效率随飞行马赫数增加而降低;APU余热回收系统在飞机低音速飞行时有良好的性能;马赫数小于1时,系统功率在12 kW以上,效率在11%以上,耗气率低于0.0262 kg/kJ。     

回收低温余热的有机朗肯循环性能分析及优化

选取R113、R114、R141b、R123、R245fa、R245ca、R600、R600a作为回收120~200℃低温余热的有机朗肯循环工质,从净功量、热效率、不可逆损失等方面对有机朗肯循环系统性能进行分析和优化,得出系统最佳运行工况。     

有机朗肯循环回收直接空冷机组排气余热系统的热力性能研究

空冷机组汽机排汽热损失巨大,而有机朗肯循环是利用中低温热源的重要技术之一。提出采用有机朗肯循环回收空冷机组汽轮机排汽余热的技术方案,建立空冷机组和有机朗肯循环的物理模型,编制有机朗肯循环回收空冷机组汽轮机排汽余热技术的模拟程序,并将模拟计算结果与厂家提供的某型号有机朗肯循环机组的性能数据进行对比。以内蒙古锡林郭勒盟某典型600 MW机组为对象,探究汽机乏汽温度、环境温度、ORC机组过热度等关键参数变化对系统热力性能的影响规律。结果表明,ORC机组净出功和ORC机组热效率随着汽机乏汽温度的升高而增大,而随着环境温度和ORC机组过热度的增大而减小。     

有机朗肯循环回收工业余热于集中供热的应用

为回收工业余热并缓解集中供热供需矛盾,利用TRNSYS软件开发了全新的有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)组件:工质泵、膨胀机、蒸发器和冷凝器,并与TRNSYS已有模块连接,搭建了回收125℃工业余热为北京地区4幢地板辐射采暖建筑供热的动态系统模型。对比分析了系统两种运行模式,其一ORC低温余热经12 km管道输配后进行供热,其二在供热季工业余热不经ORC回收而直接为建筑供热。研究表明:2种运行模式均可使目标建筑维持在标准温度范围内,而第1种运行方式效益更高,其年净输出功可达116 280 kW·h,并且由于经过ORC设备后的低温热水与土壤温差降低,每年在长距离热量输运中可避免956 000 kW·h的热量损失。根据文献及市场价格,该技术路线的投资回收期为5 a。     

石灰窑有机朗肯循环余热发电系统的比较研究

以2×500 t/d石灰窑烟气为对象,应用已运行的有机朗肯循环余热发电机组,在相同热源参数条件下,余热发电系统分别采用有机朗肯循环(ORC)系统和水蒸气与有机工质联合循环(S-ORC)系统进行模拟计算,对比分析2种循环系统的工艺特点及性能评价指标。结果表明:在相同热源参数条件下,S-ORC系统各项性能指标优于ORC系统,但S-ORC系统更复杂,运行检修工作量大,造价较高。     

基于有机朗肯循环低温余热利用研究

文章应用PR方程编制了有机工质热物性计算程序,对多种有机工质的朗肯循环进行了热力计算,研究了各主要参数对朗肯循环性能影响的规律。在给定余热条件下,采用模拟退火算法对循环的主要参数进行优化,得出了整个循环在净输出功率最大时的最优参数值,并比较了以R236fa为工质的有机朗肯循环和常规朗肯循环的对外做功能力。     

低温余热有机朗肯循环发电系统工质选择

对有机朗肯循环系统工质的优化选择已逐渐从单一优化目标向多目标发展,但所选的优化目标及优化方法普遍存在主观性较强的问题.针对上述问题,从环保性、安全性等方面对工质进行初选,得到了R123、R245fa、R245ca和R601等9种工质,然后采用主成分分析法对工质的热效率、循环净功和不可逆损失等7个热力性能指标进行了分析计算,得到了两个较为客观的综合评价指标,并在不同蒸发温度下对工质的综合热力性能进行了分析.结果表明:R601做功能力较强,综合效率较高,是该循环系统较为理想的工质.     

余热发电有机朗肯循环系统性能实验研究

针对90℃热水型余热,以R123为工质,对应用于有机朗肯循环(ORC)系统的径流式汽轮机的喷嘴进行一维稳定流动分析,以单位质量热源水的发电量(比净功)最大为目标函数,开展ORC变工况实验研究。研究表明:R123的临界压力比为0.59~0.67,随工质压力的增大有小幅上升,实验系统需采用缩放喷嘴。系统比净功受换热性能,汽轮机效率,传动-发电效率以及系统总功率等多种因素的综合影响。实验中变蒸发压力最优工况为:蒸发压力0.46 MPa,比净功0.40 kJ/kg;变冷凝压力最优工况为:冷凝压力0.11 MPa,系统比净功0.76 kJ/kg。     

有机朗肯循环系统回收低温余热的优势

当前国内传统余热发电系统都是利用水蒸气的朗肯循环。举例分析了目前我国低温余热回收状况,进而通过和传统水蒸气余热发电系统的对比,阐述了有机朗肯循环(ORC)在回收低温余热领域的优势以及国内外实际应用情况。最后提出了对于国内发展ORC余热发电系统的建议。     

基于有机朗肯循环的燃气轮机余热发电系统优化设计

采用有机朗肯循环(ORC)技术回收燃气轮机排烟余热进行发电,是回收低温余热资源的一种非常适合的方案。拟基于ORC系统对某电厂的燃气轮机余热发电系统进行优化设计,在此基础上引入准三角循环系统,并对两种系统进行计算、分析和比较。综合热效率、炯效率和排烟温度等指标分析,准三角循环系统的整体性能优于ORC系统。     

超临界有机朗肯循环低温余热发电系统的分析

当采用朗肯循环方式回收低温余热（350℃以下）的动力时,不宜采用水作工质,而使用一些低沸点有机物的有机朗肯循环（ORCs）,则能获得较高的能量转换效率。有机朗肯循环可分为亚临界条件下的动力循环与超临界条件下的动力循环,超临界条件下的动力循环在热端换热器中（余热加热蒸汽发生器）能获得较好的温度匹配和较高的[火用]效率。     

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。     

车用有机朗肯循环各参数对发动机性能的影响

针对有机朗肯循环系统,选取五氟丙烷(R245fa)、乙醇、三氟氯丙烯(R1233zd)、环戊烷等4种工质进行研究,通过试验分析蒸发温度、膨胀比、等熵效率、过热度等参数对系统净功率、热效率的影响。结果表明,增大膨胀机等熵效率可提高系统净功率,在燃烧完全的情况下4种工质中选用乙醇和R1233zd更利于改善发动机燃油率,并对有机朗肯循环系统中的膨胀比、过热度和蒸发温度等参数的选择提出建议。     

利用中低温余热的回热有机朗肯循环性能分析

通过选取R227ea、R600和R141b 3种典型有机干流体作为工质,在热源流体进口温度设定为典型工业锅炉排烟温度423.15 K,冷却水进口温度和环境温度分别设定为283.15 K和293.15 K的条件下,分析蒸发温度、过热度和给水加热器出口处工质温度对回热有机朗肯循环性能的影响,比较回热有机朗肯循环与基本有机朗肯循环的性能。结果表明:随着蒸发温度的增大,循环总不可逆损失减小,循环热效率和第二定律效率增大,而循环输出净功率则先增大后减小;随着过热度的增大,循环总不可逆损失和循环输出净功率均减小,而循环热效率和第二定律效率的变化趋势则因工质而有所不同;随着给水加热器出口处工质温度的增大,循环总不可逆损失和循环输出净功率不断降低,而循环热效率和第二定律效率则先增后减;在相同工况下,回热有机朗肯循环的循环热效率和第二定律效率高于基本有机朗肯循环,但对于循环输出净功率和循环总不可逆损失,结果则相反。     

车用有机朗肯循环系统中计量泵的性能研究

在模拟车用有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统的工作环境下,设计并搭建以R123作为工质的液压隔膜计量泵性能测试平台。在额定转速(2900 r/min)下,通过调节液压隔膜计量泵的冲程(25%、50%、75%、100%)和出口压力,得到变工况下液压隔膜计量泵的特性曲线,并分析液压隔膜计量泵的关键参数对车用ORC系统性能的影响情况。结果表明:液压隔膜计量泵的流量受冲程影响,与出口压力基本无关。其输入功率和实际运行效率均随着冲程的增加而升高,最高分别可达523.91 W、88.27%。应用该液压隔膜计量泵的模拟车用ORC系统吸热量变化范围较广,系统热效率最高可达12.81%。液压隔膜计量泵可应用于车用ORC系统,通过调节液压隔膜计量泵的冲程和出口压力,可实现提高车用ORC系统热效率、增加系统净输出功率的目的。