闭式热源下混合工质与纯工质的ORC性能比较

为了全面比较有机朗肯循环(ORC)中混合工质与纯工质的性能优劣,在给定供热量及进出口温度的闭式热源条件下,建立了基本ORC和回热ORC的数值仿真模型,所用工质为R600a/R601a,所用冷源为一定流量范围的冷却水。在模拟中,以最大净输出功为目标,同步优化循环的蒸发及冷凝温度,得到了不同组分工质的性能参数。比较结果表明,混合工质的热力性能不一定优于纯工质。在闭式热源下,相变换热器中具有更好温度匹配的混合工质一般也具有更小的换热损失。针对回热ORC,回热器将影响工质在相变换热器中的温度分布,但对相变换热器中的损失影响较小。     

循环水流量对ORC余热发电系统性能影响的试验分析

基于实验室3 kW有机朗肯循环（ORC）低温余热发电试验装置,参考石化行业能耗设计标准将循环水作为耗能工质,采用总能系统方法进行能耗分析,对比了不同热源温度下不同分析边界的系统及主要设备的热力学性能。结果显示：发电机输出功、膨胀机输出功、ORC子系统净输出功、ORC子系统热效率和?效率均随着热源温度和循环水流量的增加而增加;不同热源温度下,最大系统净输出功与最大系统?效率出现的工况一致。本试验在热源温度为120℃时取得最大系统净输出功0.731 kW和最大系统?效率11.81%,此时对应循环水流量为1.629 t·h^-1。该研究为ORC余热发电系统性能与能耗分析提供了参考。     

工质流量对ORC低温余热发电系统性能的影响

搭建了以自行研发的向心透平为膨胀机的ORC低温余热发电系统实验平台,研究了R123质量流量对循环系统的性能影响。结果表明:液压隔膜泵的温升和熵增均较小,所消耗的功率随流量的增加而增加。工质在蒸发器内的压降明显大于冷凝器内的压降,均随流量的增加而增加;向心透平的等熵效率随质量流量的增加先增加后减小,存在最佳流量0.215 kg·s^-1使透平等熵效率达到最大值0.775;系统输出的电功率随流量的增加而增加,流量为0.283 kg·s^-1时输出系统最大功率为2.009 kW;蒸发器的(火用)损率占系统总(火用)损率的比重最大,冷凝器次之,向心透平第三,在本实验最佳质量流量下,三者的(火用)损率分别为62%、32%、6%。     

低温余热发电有机朗肯循环工质选择

为了筛选出适宜于363 K（90℃）左右余热驱动的有机朗肯循环发电系统的工质,文章提出十个优选工质的条件,并通过对十种低沸点有机工质的性能对比分析。结果表明,R141b最适宜作为此温度的余热回收工质,综合性能高于其他工质,文中通过计算证明,对于有机朗肯循环添加回热会大大提高系统效率。     

冷凝条件对基于混合工质的内燃机余热有机朗肯循环热力性能的影响

利用建立的内燃机余热有机朗肯循环模型,选取R245fa分别与环己烷、环戊烷组成非共沸混合工质,对3种冷凝条件下的有机朗肯循环进行热力学分析,研究了冷凝条件对非共沸混合工质有机朗肯循环性能的影响规律,提出了确定混合工质冷凝温度的方法。结果表明：冷凝条件是影响系统性能的重要因素,在定泡点冷凝温度工况下,纯工质的热力性能优于混合工质的热力性能;在定露点冷凝温度工况下,配比合适的混合工质的热力性能优于纯工质的热力性能。混合工质的冷凝温度应根据冷却介质进出口温度、混合工质的温度滑移和传热窄点温差进行优化;当冷却介质的温升小于混合工质的最大温度滑移时,随着R245质量分数的增加,系统输出净功出现两个极大值,但输出净功最大值出现在热力性能较优工质所占比例大的质量分数点;当冷却介质温升大于混合工质的最大温度滑移时,输出净功最大值出现在温度滑移最大的混合工质质量分数点。     

基于混合工质的多级蒸发ORC理论极限性能研究

作为低温余热发电的首选方案,有机朗肯循环（ORC）得到广泛的工业应用。混合工质与双压蒸发结合的策略被证实能够大幅提升ORC系统热效率,但更多级蒸发对循环性能的影响仍未知。因此,提出基于混合工质的多级蒸发ORC（MZORC）概念,通过分析构建蒸发过程的传热极限模型,结合Aspen Plus对基本ORC（BORC）、两级蒸发和三级蒸发MZORC进行过程模拟,揭示了系统循环性能的理论极限。研究结果表明：MZORC能够降低循环工质蒸发过程带来的热量损失及流耗散率;423.15 K热源、298.15 K环境温度工况下,三级蒸发MZORC的净输出功较BORC有38.6%的显著提升;增加蒸发级数能够使系统性能更接近理论极限,BORC、两级蒸发和三级蒸发MZORC系统净输出功分别能够达到理论极限值的65.0%、79.0%及90.1%。     

非共沸混合工质ORC低温烟气余热利用分析与优化

以低温烟气余热的优化利用为目标,采用R245fa、R601a以及两者作为组分的9种不同质量配比的二元非共沸混合物共11种物质作为亚临界ORC工质,利用热力学以及热经济学分析循环性能,合理设计ORC系统并优化相关参数。研究表明,采用最大效率下的参数作为系统设计工况整个ORC系统热力性能较优。系统设计工况下,循环工质采用R245fa/R601a(0.6/0.4)相比其他纯工质与混合工质的热力学综合性能更优。热经济性分析中R245fa/R601a(0.9/0.1)热经济性最优,但R245fa/R601a(0.6/0.4)热经济性与R245fa/R601a(0.9/0.1)相差无几。考虑到R245fa/R601a(0.6/0.4)优良的热力学性能,故R245fa/R601a(0.6/0.4)依然是系统设计时综合考虑采用的循环工质。在混合工质中提高R245fa的质量比能降低APR与LEC,提高系统经济性。     

蒸发器换热过程对ORC系统混合工质选择和运行工况的影响

在有机朗肯循环（ORC）系统其他部件的效率均相同的条件下，蒸发器的换热量越大，不可逆损失越小，系统的做功潜力就越大。由于混合工质的相变温度滑移与热源的温度变化具有较好的“匹配性”，采用混合工质为循环工质，并使用流耗散率来描述混合工质与热源流体换热过程中的不可逆损失。结合 T-Q 图来分析蒸发器中混合工质与热源流体换热过程，发现混合工质与热源流体换热曲线围成的面积为流耗散率，并且分别得出了蒸发器换热量最大与不可逆损失最小的条件，以此指导系统最佳混合工质和运行条件的选择。针对确定的热源条件，在蒸发器换热量达到最大的条件下，以不可逆损失最小为目标，建立了基于蒸发器性能的系统最佳混合工质和运行条件的选择方法。采用参考文献中热源条件，筛选出最佳混合工质为R600a/R134a(0.2/0.8)，在最佳蒸发器出口温度为365.75 K的运行条件下，换热量是文献中最佳混合工质的3.3倍，在系统其他部件的参数选择均相同的条件下，系统的净输出功率是文献中最佳混合工质的2.4倍。     

中低温热源近共沸工质有机朗肯循环热力性能分析

通过对比分析纯工质和近共沸工质有机朗肯循环(ORC)的热力性能,探讨了近共沸工质在有机朗肯循环中的适用性.以200℃烟气为热源,基于热力学理论,选用R601、R123及其混合物分别建立了有机朗肯循环热力模型.分析了不同热源工况下R601、R123和R601/R123循环的主要热力参数及热力性能.结果表明:质量配比分别为...     

有机朗肯循环低温余热回收系统的工质选择

目前对有机朗肯循环的研究主要集中在工质的热力学特性方面,但尚不全面,普遍使用的热力循环性能的评价方法（窄点分析法）也存在不同工质评价标准不一的问题。为解决这两个问题,本文从环保、安全和稳定性方面对工质进行预选,得到R600、R245fa、2,2-二甲基丙烷、R123和苯等14种有机工质,而后从热力学特性和经济性两方面对初选工质进行优选,通过Matlab和Refprop模拟优化得出适合此系统的最佳工质。其中,以单位功量UA和单位功量质量流量为性能指标,统一了工质评价标准。结果表明：大部分烷类工质的热效率和压比相对其他类工质较高,而所需质量流量远小于其他类工质,且烷类工质环己烷以其较高的热效率、较低的单位功量质量流量和UA等特性,被认为是低温余热回收系统中较理想的循环工质。     

内回热器对低温有机朗肯循环热力性能的影响及工质选择

目前对有机朗肯循环(ORC)有无内回热器的对比研究主要集中在循环热力性能随初参数变化的对比,但很少考虑吸热量对两个系统热力性能的影响。本文以烟气余热为热源,构建无回热和带有内回热的ORC系统,选用10种干工质,通过热源参数变化引起工质吸热量的变化,分析工质分别在两种系统中的初温、净功量、热耗率及(火用)损的变化规律,得出了较优工质和各工质对内回热器的匹配性。结果表明:当热源温度为150℃、排烟温度在70~90℃间引起的工质吸热量变化时,在窄点温差为10℃下,带有内回热器的ORC系统更适用于吸热量较低的区间;当吸热量较高时,内回热器对系统热力性能提升的能力降低,甚至低于无回热的ORC系统;经综合比较,工质R236ea和R600a最优,工质R245fa和R600为较适合工质;以R123为工质的带有内回热器和无回热的ORC系统热力性能差异较小,热耗率最大差值仅为约600kJ/kg,净功量最大差值也仅为约2kW,因此,R123对内回热器的热匹配性相对较差。     

窄点温差及工质物性对跨临界有机朗肯循环性能的影响

利用约束热源入口及出口温度的热力学模型,将循环热效率及净输出功统一为一个参数,计算41种工质在473.15K废热烟气驱动的跨临界有机朗肯循环中的热力学表现,分析蒸发器内窄点温差及工质物性对循环性能的影响.结果表明,临界温度低于烟气出口温度的工质,及高于0.88倍烟气入口温度的工质,临界温度是循环效率的主要影响因素;临界温度在上述范围之间的工质,干湿性对循环效率影响显著,湿工质效率明显高于干工质.所有循环中,该临界温度范围内的湿工质热效率最高.临界温度高于0.88倍烟气入口温度的工质,窄点温差可能出现在蒸发过程中或蒸发器出口,从热力性能角度看,窄点出现在蒸发过程中的循环明显优于窄点出现在蒸发器出口的循环.改变热源入口及出口温度不会影响上述结论.     

非共沸混合工质组分调控ORC系统热经济性分析和优化

作为最具潜力的低品位热能发电技术之一,有机朗肯循环(ORC)近年来受到越来越多的关注。与传统的高品位能源发电技术相比,其运行性能对环境温度的变化极其敏感。提出一种新型非共沸混合工质ORC系统,利用分液冷凝器调节混合工质组分,以适应环境温度的变化,进而提高系统性能。根据环境温度的变化构建热力学优化模型获得最优组分;冷凝过程中利用分液冷凝器和组分调控系统改变混合工质组分。通过案例验证了新系统的热经济性能优势,研究结果表明:对于100℃热源,在定压运行工况下,新系统较传统系统的经济性可提高38.90%,而在滑压运行工况下,新系统较传统系统的经济性可提高15.35%,且使用不同非共沸混合工质时,系统性能有显著差异。     

混合工质回热朗肯循环回收天然气冷量的模拟

高压天然气在集输过程中常需要节流,节流后的低温天然气具有品位低但是总量大的冷能.采用朗肯动力循环利用冷能发电是一种可行的思路.但由于天然气释放的冷能品位低且是一个变温过程,因而循环效率一般很低.由于混合工质的相变是一个变温过程,因而采用混合工质的朗肯循环,可以较好地加热与冷却曲线接近,从而减少不可逆损失.同时利用回热过...     

ORC工质选择的多级非结构性模糊决策分析

工质的选择是有机朗肯循环(ORC)系统优化中的关键问题之一。建立了基于多级非结构性模糊决策分析方法的ORC工质优选体系,根据影响因素的非结构性的特点建立三级模糊优选模型,综合考虑ORC系统的技术性能、经济性能和环保性能3方面因素的影响,并针对影响ORC工质优选的因素复杂、确定隶属函数主观因素较强的情况引入非结构性模糊决策法以确定其隶属度与权重。应用此模型对150℃热源条件下某ORC系统进行工质的优选,得到了不同评价级对应的优选工质序列。R123是对应三级评价准则下该ORC系统的最优工质,验证了多级非结构性模糊决策模型在ORC工质优选中的适用性。     

热源温度对ORC低温余热发电系统性能的影响

采用自行设计的向心透平膨胀机,基于有机朗肯循环(ORC)低温余热发电实验平台,研究了热源温度对向心透平及系统性能的影响。结果表明:在热源流量分别为3.507和2.056 m³×h^-1时,透平膨胀机的压降、转速、膨胀功随热源温度的升高均增加,且当热源温度达到110℃后,其增加显著变缓;透平膨胀机等熵效率随热源温度的升高先升高后降低,在110℃时达到最大值,分别为0.862和0.821;系统热效率和?效率随热源温度的升高先升高后降低,在110℃时均达到最大值,系统最大热效率分别为3.15%和3.05%,最大?效率分别为11.9%和11.5%;系统中各主要设备?损占比从大到小依次是蒸发器、冷凝器、向心透平和工质泵,且?损占比受热源温度的影响较小。     

基于地热能的有机朗肯循环工质的选择

为了筛选出适合低温热源有机朗肯循环的工质,根据PR状态方程计算方法分析了9种有机工质的有机朗肯循环的热力特性,对蒸发压力、冷凝压力,输出功率和热效率等方面进行了比较。结果表明,1,1,1,2,3,3,3-七氟丙烷比其他工质具有更高的输出功率和火用效率,冷凝压力在大气压之上,既能更好的利用低温热源又对设备的承压没有太大的影响,是适合有机朗肯循环系统的工质。     

用于能量回收的有机朗肯循环混合工质研究

近年来随着低温余热的利用越来越受到重视,将LNG冷能和低温余热联合应用的有机朗肯循环研究也受到了广泛的关注,其中循环工质的选择更是提高系统热力性能的关键。针对循环工质选择的问题,将R236ea、R245fa以及两者按不同质量分数配比得到的9种混合工质作为亚临界ORC工质,结合窄点分析方法计算了系统在2种最佳设计工况下的热力学性能及热经济性。结果表明:混合工质R236ea/R245fa(0.9/0.1)和R236ea/R245fa(0.8/0.2)分别是以最佳热和冷回收效率为设计工况标准时的最佳循环工质;2种工况下,混合工质的热经济性均优于纯工质;在混合工质中提高R236ea的比例可以有效降低换热面积,提高系统经济性。为日后将低温余热和LNG冷能联合应用的有机朗肯循环二元混合工质选择提供一定的参考。