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。     

考虑环境影响的有机朗肯循环系统性能研究

为综合评价亚临界有机朗肯循环系统的环保和热经济性能,在分析系统循环性能的基础上,采用火用参数对工质的环境影响进行量化,提出有机朗肯循环系统环境影响评价模型和系统综合评价指标,对比分析了以可持续性系数为指标评价ORC系统整体性能的合理性,用实例研究了系统参数对循环性能的影响。结果发现,ORC系统可节省标准煤6.42×106 kg/a,减少CO2排放2.83×107 kg/a;系统可持续性系数随着膨胀机进口温度的升高存在最大值;并指出工质R124和R600a是综合考虑环保和循环性能等因素下较好的选择。     

太阳能超临界有机朗肯循环系统的性能研究

以太阳能为热源,建立超临界有机朗肯循环系统模型,选取7种有机工质作为研究对象,研究膨胀机进气温度和压力对系统的单位净输出功、不可逆损失和热效率等参数的影响,并用模糊数学模型筛选出最佳的工质。结果表明:工质R152a的综合性能更好,合适的进气温度和压力区域能够使系统保持在较高的热效率中运行,超临界有机朗肯循环系统相比于亚临界系统更具有优势。     

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。     

低温余热利用有机朗肯循环系统工质选择研究

针对有机朗肯循环系统工质的选择,本文研究工质过热度与理想有机朗肯循环热效率以及火用效率、热效率与膨胀机进口温度以及工质物性参数与系统热效率之间的一般规律。结果表明:对于低温余热,湿工质热效率随过热度提高而缓慢增加,等熵工质热效率随过热度提高而基本保持不变,干工质热效率随过热度提高而下降。随过热度增大,三种工质火用效率均明显下降。从系统效率角度,低温有机朗肯循环的工质不建议过热处理。膨胀机进口温度相同时,拥有较大临界温度、较小的液体定压比热以及较大的蒸发潜热的工质更适合用于低温有机朗肯循环系统。     

基于GT-Suite的有机朗肯循环系统性能分析

采用GT-Suite软件针对固定式天然气发动机排气余热回收系统(ORC)进行数值模拟,分析膨胀机的动态特性并以此确定ORC系统的运行状态,并在此运行状态下研究固定式天然气发动机-ORC联合系统的运行性能。结果表明,当固定式天然气发动机在低负荷区域运行时,膨胀机内的有机工质质量流量波动明显。联合系统的热效率随着发动机负荷的增加而增大,但是在高负荷区域增加幅度不明显。当发动机运行在额定工况点时,联合系统的热效率最大可提高5.0%,有效燃油消耗率(BSFC_(com))最大可降低4%。     

基于遗传算法的有机朗肯循环系统参数优化

在有机朗肯循环系统中,汽轮机进口压力与进口温度是影响系统性能的重要因素.遗传算法在参数优化方面,具有显著的优点,广泛的应用于优化领域,是目前影响较广泛、应用较多、比较成熟的优化算法.本文采用遗传算法,对以R600,R600a,R245fa,R236fa,R236ea,R601,R601a,RC318,R227ea作为循环工质的有机朗肯循环系统进行参数优化,得出在特定的进口压力和进口温度的条件下,系统具有最小的总不可逆损失.     

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。     

新型梯级换热有机朗肯循环系统热力性能分析

为了充分提高低品位能源利用过程中的回收利用率,降低热源排放温度,本研究提出一种基于热源分流的新型梯级换热、梯级发电的有机朗肯循环系统。系统以地热水为热源,分析了在给定热源工况时,蒸发温度对系统性能的影响以及在不同热源工况下,采用R123、R245fa及R152a3种工质互相组合时,系统性能的变化规律。结果表明,梯级ORC(有机朗肯循环)存在最佳蒸发温度,且其性能优于单级ORC循环,在T_g=373 K时,其输出功增加59.12 k W。随热源工况变化,两级循环中最佳工质分别变化,若两级循环均在亚临界区工作,则一级循环工质临界温度越低、二级循环工质临界温度越高系统性能越好;若两级循环中存在近临界运行工况,则应选择可使系统在近临界下运行工质。根据不同运行工况,合理选择最佳工质,对提高该梯级换热ORC系统性能具有重要意义。     

太阳能有机朗肯循环系统性能分析及综合评价

针对中低温太阳能热源,采用低沸点的有机工质作为动力循环进行发电。在满足环保、安全及热物性的要求下,采用15种有机工质作为循环工质,根据热力学第一、第二定律,建立亚临界热力系统数学模型,采用窄点温差分析法,分别从热效率、效率、膨胀比、环境代价等角度对比分析其循环特性。考虑多方面因素,利用层次分析法构建多指标能效综合评价模型。经过模拟计算,结果表明:甲苯(toluene)作为本系统循环工质的性能较优。     

变热源有机朗肯循环系统的综合性能分析

针对120～150℃的变温热源,以(火用)效率和净现值为目标函数建立了有机朗肯循环(ORC)系统的多目标优化模型。通过帕累托解集确定权重系数,同时建立综合目标函数F_x;在给定条件下,分析了蒸发温度和热源参数对系统综合性能的影响。结果表明：R1234ze的综合性能优于R245fa和R134a;α法和帕累托解集确定的权重系数有差异,但各工质的优化指标对应的系统运行参数相似,误差不大;蒸发温度在361 K左右时,R1234ze和R134a对应的系统F_x值大小关系发生转变。     

4-kW有机朗肯循环系统运行特性实验研究

针对分布式发电系统的多工况运行需求,测试了采用R123工质的4.0 kW级有机朗肯循环实验机组在150℃热源条件下,基于工质流量和膨胀机转速控制的多工况运行特性和输出性能。结果表明：机组在膨胀机转速1 000～1 200 r/min性能最佳,提高工质流量可明显改善机组性能;膨胀机输出功和净功效率随工质流量变化趋势相反,在大流量下获得最大输出功3.7 kW,在小流量下取得最大热效率6.41%。涡旋膨胀机内容积比相对较小,机组在测试工况下均运行于欠膨胀状态,其等熵效率在50.0%～60.0%,随工质流量和膨胀机转速的增大而增大。     

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.     

车辆废热回收有机朗肯循环系统热力性能分析

基于废热回收有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC),提出了一套同时回收车辆内燃机冷却废热和烟气废热的车辆供能系统。该系统可通过ORC热转功子系统同时回收汽油机冷却液废热和烟气废热,不仅能够满足车辆不同季节的冷/热需求,而且能够显著改善车辆的整体热功转换效率和燃料节约率。在供暖季,其在节省燃料消耗的同时,也可为车辆供暖;在非制冷供暖季,其在满足车辆所需动力条件下可显著减少燃料消耗;在制冷季,其在节省燃料消耗的同时,不需要增加额外的燃料消耗,也可为车辆空调的运行提供动力。基于天津FAW TOYOTA 8A-FE汽油机车不同工况下的废热数据,针对其构建基于ORC废热回收的车辆供能系统并开展模拟分析。结果表明:降低第一蒸发器对数平均温差跟环境温度及提高车辆速度均能提高透平的输出功率和燃料节约率,基于不同季节的典型操作工况,透平输出功率及燃料节约率的最大值可在冬季获得,最大值分别为11.0kW和17.2%。该车辆供能系统可有效地利用发动机冷却液废热与烟气废热,ORC热转功子系统的运行不受季节的影响,能够显著减少燃料的消耗,具有节能潜力。     

低温地热梯级分流有机朗肯循环系统热力性能优化

提出一种梯级分流ORC(有机朗肯循环)系统,并建立有/无分流两种工况下系统热力学模型。系统分别以各级换热器中蒸发温度及输出功为自变量和目标函数,利用遗传算法对其进行优化,并对两工况下系统性能进行比较,分析了级数n对系统性能的影响以及在梯级系统中各级循环的变化规律。结果表明,采用分流技术能够提高各换热器中最佳蒸发温度,降低预热器火用损,使系统性能增加;且随系统级数n增加,其性能逐渐升高,但增幅逐渐减小。当n=5时,梯级分流系统较ORC系统输出功及热效率分别高出189.47 k W和0.31%。在ORC系统中采用梯级分流技术具有重要意义,能够较大程度实现低品位能源的回收利用。     

小型涡轮在有机朗肯循环系统中的性能测试与分析

介绍了一种应用于有机朗肯循环(Organic RankineCycle,ORC)的高转速小型涡轮。以电加热油温机为热源,以循环冷却水为冷源,搭建了ORC实验测试平台。在该测试平台上,采用R123为循环工质,对小型高转速涡轮进行了实验测试和性能分析。结果显示,在涡轮转速为24 000 r/min时,涡轮的绝热内效率达到0.68。     

亚临界有机朗肯循环系统的热经济分析与优化

以系统发电成本(electricity production cost,EPC)为评价指标,对用于回收工业锅炉烟气余热的有机朗肯循环(ORC)系统进行了热经济分析与优化。结果表明,随着蒸发器和冷凝器节点温差的增大,系统发电成本先减小、再增大,即存在一组最优的蒸发器和冷凝器节点温差使发电成本最小。分别以纯工质R245fa和R236ea、非共沸混合工质R141b/RC318和乙烷/丁烷为循环工质,得到了最小发电成本时有机朗肯循环系统的最优工作参数,以及对应的系统净输出功、热效率和火用效率。     

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。     

浅析有机朗肯循环研究现状

有机朗肯循环(ORC)是国内外学者公认的对中低品位能源回收的有效技术,能很好地缓解人类与能源之间的矛盾。有机朗肯循环主要由蒸发器、膨胀机、发电机、冷凝器、工质泵组成。研究者从各个方面对如何提高有机朗肯循环系统的效率进行研究。在对工质的研究中主要包括纯工质和混合工质,其中纯工质主要是研究其与热源匹配问题,而混合工质主要是对混合比的探究以及窄点温差的研究。在有机朗肯循环系统中,板式蒸发器是最理想的蒸发器。新型冷凝器可以获得更好的冷却效果和经济性。工质泵的腐蚀导致流量减少是研究重点,通过增加前置泵或选用往复泵都能有效改善这一问题。膨胀机是系统的关键部件,涡旋式膨胀机的特点使其最适合于小型ORC系统,而螺杆式膨胀机是目前最成熟的膨胀机。目前对有机朗肯循环系统的研究还存在着许多问题,如研究大多都是偏理论的,具体的实验研究太少;对单一部件单一目标的研究过多,对整个系统的研究相对较少。