海洋温差能发电循环系统热力学分析

对海洋温差发电朗肯循环系统进行分析,分别研究蒸发压力、氨水浓度、冷热海水温度等参数对系统热效率和?效率的影响,对比分析纯氨和二氟一氯甲烷工质系统热效率和?效率,为海洋温差能开发及商业级发电系统研建提供技术支撑。结果表明:系统热效率和?效率与密切相关,氨水浓度的影响较小;纯氨质量流量远小于二氟一氯甲烷,且其热效率和?效率均大于二氟一氯甲烷系统,是海洋温差发电系统较为理想的循环工质。     

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.     

海洋温差发电系统热力学及热经济性分析

以热力学基本原理为基础,建立了海洋温差发电系统仿真模型,对比分析了亚临界状态下R717、R134a和R600三种工质系统在约束蒸发器窄点温差条件下优化目标函数随蒸发温度的变化规律。结果表明:蒸发温度越高,不同系统换热器的热负荷以及冷、热海水泵功率越小,最佳蒸发压力和工质泵功率越大;不同系统的热效率和单位换热面积输出电量与蒸发温度的相关性较大,随蒸发温度的增加近似线性递增。蒸发器的换热面积与循环工质种类的相关性较小,但冷凝器的换热面积与循环工质种类的相关性较大。R717循环更接近于卡诺循环,R717的系统热效率最大,热负荷及泵功率最小,且其热经济性目标函数值在合适的范围内,是海洋温差发电系统较为理想的循环工质。研究结果可为海洋温差发电系统的设计、试验及设备选型提供理论参考。     

海洋温差发电系统蒸发压力及工质优选分析

文章基于热力学原理,建立了海洋温差发电系统仿真模型,分析了R717,R134a和R600这3种工质系统的性能参数随蒸发压力的变化。研究结果表明:随蒸发压力的增大,不同工质系统的蒸发器和冷凝器的热负荷和海水泵功率均近似呈幂递减的变化趋势,不同工质系统的泵功率均近似呈指数递增的变化趋势,不同工质系统的质量流量均近似呈幂递减的变化趋势,不同工质系统的热效率均近似呈对数递增的变化趋势;蒸发压力越大,R717和R600工质系统的单位换热面积发电量越大,但R134a工质系统的单位换热面积发电量随蒸发压力的增加存在峰值;在不同工质的饱和蒸汽压力下,R600工质系统的单位换热面积发电量最大,但其透平进出口压降较小,乏汽温度高,工质流量大,导致透平尺寸较大;R717工质系统具有较大的蒸发压力操作范围,且其热效率较大,单位换热面积发电量在合适的范围内,适用于海洋温差能发电系统。     

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。     

利用LNG冷能与低温太阳能的新型联合动力循环系统优化研究

对提出的利用LNG冷能与低温太阳能的新型联合动力循环系统进行参数优化分析和分析,选取R143a为循环工质,研究了循环蒸发温度、透平进口温度、冷凝温度和LNG汽化压力对循环系统效率、效率和单位做功的换热面积的影响.结果表明:循环系统效率和效率随蒸发温度的升高均先升高后降低,随透平进口温度和LNG汽化压力的升高而升高;冷凝温度越高,循环系统效率和效率越低;单位做功的换热面积随各变量的变化趋势与循环系统效率和效率随各变量的变化趋势相反;当蒸发温度为298.15K、透平进口温度为353.15K、冷凝温度为213.15K和LNG汽化压力为3 MPa时,循环性能最优,在该工况下进行分析发现,换热器损占总损的80%,而泵的损最小.     

改进型Kalina海洋温差能发电循环模型的建立及热力性能分析

文章以引入太阳能为辅热的海洋温差发电Kalina循环为基础,利用引射器对循环系统进行改进。对改进型Kalina循环系统的汽轮机进、出口压力和冷、热源温度进行分析,探究其对改进型Kalina循环系统的发电功率及热效率的影响。研究结果表明:改进后的Kalina循环具有较大的优越性,相比原Kalina循环,发电量增加了9%;系统的热效率随汽轮机入口压力的增大呈先增大后减小的变化趋势,并且热效率最大值可以达到9.45%;当热源温度较低时,较低的汽轮机入口压力会得到较高的热效率;当热源温度较高时,较高的汽轮机入口压力会得到较高的热效率。     

超临界二氧化碳布雷顿/有机朗肯循环联合系统的热力学特性

针对再压缩式超临界二氧化碳布雷顿发电循环(S-CO_2),将有机朗肯循环(ORC)作为底循环用于回收系统余热,建立了S-CO_2/ORC联合循环。采用Aspen Plus建立分析模型,根据顶循环余热温度范围和安全环保要求,选取R245fa作为ORC系统工质,分析透平进口温度、透平进口压力及分流比对循环效率的影响,并通过分析耗能设备的功率变化找到影响系统效率变化的因素。结果表明:通过顶循环低温余热的回收利用,系统热效率提高4%以上;增大透平进口温度可提高顶循环的热效率,但对底循环热效率的影响较小;随着顶循环透平进口压力的增大,顶循环热效率增加而底循环热效率下降;在透平入口温度680℃、入口压力280 MPa的条件下,存在最优的再压缩循环分流比0.66使得联合循环热效率最高;使用ORC底循环回收顶循环余热,最高可以将系统热效率从50.3%提高到53.7%,联合系统可以获得6.7%的效率提升。     

有机朗肯循环向心透平变工况特性与调节方式研究

有机朗肯循环透平在变工况下的调节特性对系统的高效运行有重要意义。基于循环优化参数,设计了应用于低温热源的有机工质向心透平,探讨了向心透平的性能随进口压力和转速的变化规律,并研究了透平进口压力、出口背压和工质质量流量变化时不同调节方式对透平性能的影响。结果表明:当透平进口压力或出口背压变化时,转速调节能使透平的效率更高;当工质质量流量变化时,部分进气调节的调节性能更好。     

全天候工作海洋温差能-太阳能联合热发电系统

提出一套全天候工作海洋温差能-太阳能联合热发电系统,该系统由有光照工作子系统和无光照工作子系统组成。系统以氨-水非共沸混合工质为循环工质;利用太阳能进行再热;同时加装回热器,以此达到提高循环系统热效率的目的。同时该系统设置了2个工作压力,高压泵驱动的高压循环子系统,低压泵驱动的低压循环子系统。高压泵的作用是给气液分离器分离出的液态工质进一步加压,提升透平入口压力。实现在有光照条件下通过太阳能的进一步加热,提高汽轮机入口的温度和压力,从而提升系统热效率的目的。低压泵保证了在无光照条件下,系统运行的稳定性。同时高、低压泵的联合使用,有效地避免了联合热发电系统中单一的高压泵循环导致的单一高温相变所带来的系统吸热量主要依靠太阳能集热器,所造成的高成本投入以及系统的不稳定性。     

15kW等级闭式海洋温差KSC-11发电系统的性能分析

对15kW等级混合工质海洋温差卡林纳-11循环(简称KSC-11)系统进行计算和分析。结果表明,对于给定的透平进口压力,KSC-11系统存在相对应的最佳氨质量分数。对于给定氨质量分数的KSC-11系统,也存在相对应的最佳透平进口压力。在可利用海水温差19℃条件下,15kW等级KSC-11系统中,氨质量分数对最大净功影响不大,对应最佳透平进口压力为0.60～0.75MPa;氨质量分数为0.95的KSC-11系统综合性能最好,单位净功产量的换热器总面积γ为6～7m2/kW,对应的最佳透平进口压力为0.75MPa。     

低品位热能超临界有机朗肯循环发电特性分析

利用超临界有机朗肯循环(ORC)发电系统回收温度低于150℃的低品位热能,对超临界工况的3个关键问题:工质选择、加热过程和系统性能进行了分析.结果表明:对于适合超临界ORC发电系统的工质,临界温度相对较高的工质的系统循环热效率较高,膨胀机入口压力和冷凝压力较低,临界温度相对较低的工质的循环热效率较低,但能量利用率较高,膨胀机入口压力和冷凝压力较高;超临界加热器中较高的换热压力和较低的膨胀机入口温度能使热源与工质有更好的热匹配;在热源进口温度和最小换热温差的限制下,存在最佳膨胀机入口温度和膨胀机入口压力,使得系统循环热效率最高.     

基于变窄点温差法的有机朗肯循环工质热物性与循环性能的研究

对基于有机朗肯循环的车用汽油机余热能回收利用系统进行了研究。根据试验所采用的蒸发器在MATLAB中建立了循环系统模型,采用变窄点温差的方法,计算分析了28种工质在不同蒸发压力下热物性与循环性能的关系。结果表明:工质的窄点温差随工质蒸发压力变化而变化,在蒸发压力从0.5MPa升至2.5MPa过程中,窄点温差变化均接近30℃,需要在变窄点温差的基础上比较工质热物性与循环性能的关系;临界温度越高的工质其循环效率相对越低;在不同的蒸发压力下,均存在蒸发温度与临界温度之比的最优区间,在此区间内的工质循环效率最高,且该区间随压力的升高而右移;在所给定的入口条件下,湿工质的循环功率最高,等熵工质其次,干工质输出功率最小。     

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%。     

Kalina循环的热力学第一定律分析

从热力学第一定律的角度出发,选取P-R方程作为氨-水混合物性质的基本计算公式,对一级蒸馏Kalina循环进行了热力学分析.编制了氨-水混合工质热力性质及Kalina循环热力性能计算程序,对Kalina循环热功转换的主要热力性能进行了理论计算,分析了透平进口压力、透平进口温度、透平背压、工作溶液浓度、基本溶液浓度、循环倍增率等关键参数对循环性能的影响.     

低温有机朗肯循环的工质选择及系统性能分析

选取R123,R141b,R245ca,R245fa,R601,R601a作为有机朗肯循环的工质,在不同蒸发温度条件下,对其热力循环特性进行了计算分析,以热力学第一定律和第二定律为基础进行了比较.结果表明,R141b是适合本循环系统的最佳工质.同时还研究了汽轮机进口温度和进口压力对该系统的净功量、吸热量及热效率的影响.     

地热驱动非共沸工质有机闪蒸循环的热性能分析

非共沸工质具有变温相变特性,可有效改善有机闪蒸循环系统与冷源温度匹配差的问题,进而提高系统的循环性能。文章构建了有机闪蒸循环系统模型,其中,循环工质为R245fa/R601a混合物,热源温度为150℃。文章以净输出功率作为目标函数对有机闪蒸循环系统进行优化,研究了R245fa/R601a混合物的组分变化对有机闪蒸循环系统的闪蒸压力、质量流量、净输出功率和热效率的影响,并比较了以非共沸工质与纯工质作为循环工质时,有机闪蒸循环系统的净输出功率。模拟结果表明:当R245fa/R601a混合物的摩尔组分为3∶7时,有机闪蒸循环系统的净输出功率最大,为25.21 kW,与纯工质R245fa和R601a作为循环工质的有机闪蒸循环系统相比,分别增大了4.39%和5.66%,但以非共沸工质作为循环工质的有机闪蒸循环系统的热效率并不一定大于以纯工质作为循环工质;当R601a的摩尔组分为0～0.6时,以非共沸工质作为循环工质的有机闪蒸循环系统的热效率大于以纯工质作为循环工质;当R601a的摩尔组分为0.7～1时,以R245fa作为循环工质的有机闪蒸循环系统的热效率大于以非共沸工质作为循环工质。     

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。     

基于超临界CO_2布雷顿循环的有机朗肯联合循环特性研究

使用ASPEN通用流程系统设计软件,在超临界CO_2布雷顿循环(SCO_2)和有机朗肯循环(ORC)的循环特性研究的基础上,进一步探究了SCO_2-ORC联合循环的影响因素和影响结果。研究表明,联合循环中SCO_2透平出口压力、ORC透平入口压力和压气机入口温度对循环系统的热效率均有着重要影响。对比不同工质可以发现,最大效率排序为R22R32R125R134aR115。此外,通过统计分析发现,在变ORC系统参数和变SCO_2系统参数时,联合循环热效率与ORC功率占比分别表现出一次线性关系和二次抛物线关系。为进一步使用和推广SCO_2-ORC太阳能光热发电技术提供了理论支持和设计基础。     

燃机余热利用的超临界二氧化碳循环发电系统

结合超临界二氧化碳物性分析、工质在主设备工作过程,讨论了主设备中工质的基本状态。根据燃机余热烟气特点,建立了余热利用的超临界二氧化碳循环发电计算程序,分析了简单循环、再压缩循环、复合简单循环、复合再压缩-简单循环4种循环布置下的系统稳态参数、效率以及净输出功。研究表明:透平入口工质压力越高,透平出口工质的温度越低,工质携带热量的利用越充分;压缩机入口温度应尽量接近临界点(31.1℃)、压力需稍高于临界点(7.4 MPa),可保证压缩机出口温度较低、工作状态稳定、单位工质流量的功耗小。随热源最低温度的下降,系统所获得净功以及实际效率均能得到一定的提升,通过叠加方式实现的烟气分级利用可以显著提高燃机余热利用的超临界二氧化碳循环系统效率和净功。