有机朗肯循环低温余热发电系统的工质选择

有机朗肯循环发电系统对于中低温余热的有效利用发挥了巨大的作用,但是有机朗肯循环系统的工质选择依旧是中低温余热利用中存在的问题。文章提出优选工质的条件,并通过对十种低沸点有机工质的性能对比分析得出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,对于有机朗肯循环添加回热会大大提高系统效率。     

ORC-蒸气压缩耦合制冷系统在小型冷藏车上的应用

针对冷藏车冷藏储运过程中冷量需求大、油耗高等应用现状,提出利用冷藏车发动机排气余热的节能型制冷系统,即排气余热驱动型有机朗肯循环与蒸气压缩循环耦合的制冷系统。根据热力学定律,建立系统循环效率分析数学模型,采用Matlab和Refprop软件,研究并确定耦合系统的工质,并制造样机进行测试。结果表明:通过回收冷藏车发动机排气余热,在蒸发温度为-20～0℃时,系统能够为冷藏车提供1.31～2.21 kW的冷量,满足该型号冷藏车的制冷量要求。     

低温余热回收ORC系统工质的筛选

利用有机朗肯循环(ORC)技术高效回收低温余热的关键之一是选用合适的工质。本文针对热源温度介于120~220℃区间内的ORC系统,选用R123,R245fa,R600和R1233zd(E)四种工质为研究对象,通过对50 kW的ORC系统的运行分析并结合模拟计算,详细讨论不同工质的热力特性以及蒸发温度、蒸发压力、蒸发器出口过热度对ORC系统热效率的影响。结果表明,对于透平膨胀机入口工质温度在100~150℃区间、热源温度在120~220℃区间的低温余热回收ORC系统,工质R600性能表现最佳,但易燃;从不可燃性、热力特性、环境友好性及设备成本方面考虑,R1233zd(E)具有优势,但工质价格较高。     

不同太阳能热源下混合工质ORC系统性能分析

工质性质是影响有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统性能的重要因素之一。在不同热源温度下,对采用R601、R245fa作为组分的9种不同质量配比工质的ORC系统热力性和经济性进行计算,然后采用灰色关联法对系统性能进行分析及综合评价,并与纯工质的性能进行对比。研究表明,混合工质系统的热力学指标与温度滑移大小近似成反比。当温度滑移大于5K时,纯工质性能更优,且经济性也优于混合工质系统。综合来看,热源温度一定时,灰色关联度随着蒸发温度的升高呈现先增大后减小的趋势;混合工质R601/R245fa(0.1/0.9)的温度滑移最小,其性能也最优。采用R601和R245fa混合作为工质的系统在热源温度为160℃时,灰色关联度最大,系统性能更优。     

基于有机朗肯循环的低品位工业烟气余热优化利用研究——以夹江县某建陶厂为例

基于四川省夹江县建陶类企业余热资源调研结果,分析了有机朗肯循环系统对建陶类企业低温烟气余热利用效果,并利用Aspen Plus流程模拟软件,研究了系统工质、蒸发压力及过热度对系统热效率、?损失、净功、年度净收益及CO₂减排量的影响,最终通过综合评价指标,得出在建陶类烟气余热不同温度段下,有机朗肯循环的最佳参数。     

改进前后有机朗肯循环的热力学分析

有机朗肯循环是将低温余热转变为电能,进而提高总体能量利用率,减少污染排放的有效途径之一。本文提出了一种新的排汽回热再热式ORC,根据热力学第一定律和第二定律,利用EES软件仿真模拟对新ORC进行热力性能分析,并与基本ORC、排汽回热式ORC和再热式ORC进行相同条件下的性能对比,得出了新ORC具有最佳热力性能。通过研究再热压力、透平进口压力、透平进口温度和透平出口压力变化对新ORC性能的影响,得出了新ORC热力性能的优化方向。     

中低温热水发电系统及效率分析

中低温热水发电通常选用有机朗肯循环系统。本文对ORC系统的特点、工质和参数的选择进行了介绍,并对系统进行效率分析。针对以80℃-150℃热水为热源的有机朗肯循环(ORC)发电系统,以?效率为评价指标,分析了循环工质为R134a、R123和R245fa时的系统。得出,R245fa是较为理想的工质。     

不同工质对有机朗肯循环系统的热力性能影响

本文以R11、R123、R245fa、R600及R600a作为有机朗肯循环工质,在低温余热热源温度一定时,分别在蒸发温度为85~145 ℃,冷凝温度为25~45 ℃工况下对系统进行热力性能研究,对比的性能参数包括：循环比功、比净功、系统热效率及系统?损失。结合有机工质的环保性、热物性及系统热经济性对工质进行综合评价,发现R600的?效率最高,不可逆损失最少,故选取R600作为工质最佳;蒸发温度为110~140 ℃,冷凝温度为25 ℃时,系统性能达到最优。     

有机朗肯循环模拟及涡旋式膨胀机的性能研究

近些年来,太阳能作为一种可再生能源受到了广泛的关注。其中利用太阳能集热器实现100℃以下高效的热量回收,是一种普遍且有效的太阳能利用方式。采用有机朗肯循环与100℃的低温热源相结合进行发电,目前也逐渐受到了研究人员的关注。考虑到膨胀机是有机朗肯循环的核心部件,本文选择了R600制冷剂作为ORC系统的工质,对其进行了计算以及热力学性能分析。同时搭建了利用压缩空气来驱动的涡旋式膨胀机性能研究的实验台。从ORC的理论分析得,当热源温度为78~97℃,环境温度为30℃,可以获得0.7~1kW的电量,效率为0.84~0.89。利用压缩空气模拟R600,当温度从75℃变化到95℃,对应的压力从0.8MPa变化到1.2MPa,膨胀机出口压力控制在0.28MPa,等熵效率维持在0.7左右。膨胀机的功电转化效率随着膨胀机理想输出功的增加而降低。     

过冷度对地热发电非共沸工质有机朗肯循环热力性能的影响

有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）是利用中低温地热能（< 150℃）发电的主要途径,在实际运行中,非共沸工质往往会冷凝至过冷状态。分析了冷凝过冷度对非共沸工质ORC热力性能的影响,建立了ORC、内回热（internal heat exchanger,IHE）ORC的热力学模型,以净输出功最大为目标函数优化了工质的蒸发压力,并开展了系统的㶲分析。结果表明：过冷度影响了工质与冷源换热流体间的温度匹配特性,受夹点温差的限制,随着过冷度的增加,工质的冷凝压力上升;过冷度亦改变了预热器和蒸发器的热量分摊,随着过冷度的增加,最佳蒸发压力亦上升。混合工质异丁烷/异戊烷的质量配比为0.4：0.6时,净输出功受过冷度的影响最大,当过冷度为2℃时,净输出功下降了4.36%。IHE回收膨胀机排汽的余热,提高了预热器入口温度,可提高过冷ORC系统净输出功0.55%。过冷度增大了冷凝器的㶲损失;采用内回热冷凝器的㶲损失降低了24.7%。     

有机朗肯循环(ORC)膨胀发电机组设计分析

利用有机朗肯循环回收工业生产废水中的热量进行发电,不但节约能源而且减少废热对环境的热污染,有利于实现节能减排。本文针对某一化工厂95℃的热水作为热源,分析R134a和R245fa在不同蒸发温度下的能源利用效率、净发电功率、工质泵扬程以及单位净发电功率所需的膨胀机排量,并指出在实现利用余热发电可行性的问题上需要考虑设备投资、关键设备(工质泵)、经济效益等问题。     

液氮发动机循环分析

新型零排放液氮发动机存在朗肯循环和布雷顿循环两种做功循环方式,为了了解两种循环方式对液氮发动机匹配设计的要求,基于有限时间热力学理论,对比了两种循环对液氮发动机输出功率的影响,研究了液氮发动机在变温热源和恒温冷源之间朗肯循环和布雷顿循环的性能,着重分析了导热率对循环性能及输出功率的影响,为液氮发动机换热器的匹配提供依据.得出换热器的热导率和热容率的匹配决定朗肯循环的最佳循环功率,而与朗肯循环相比布雷顿循环能更好的实现发动机的功率特性的结论.     

有机朗肯循环发电系统设计及实验研究

本文以90~150℃低温余热热源的回收利用为前提,搭建了有机朗肯循环(ORC)发电系统实验平台。通过调节透平膨胀机入口压力,改变蒸发温度,实验研究蒸发温度对膨胀机性能和系统性能的影响。结果表明:当蒸发温度从76℃升高到84℃时,膨胀机入口温度逐渐升高,使膨胀机转速增大约9.11%,膨胀机输出功率增大1.26 kW,最高等熵效率为80.6%;系统循环净功、热效率、不可逆损失及效率均随蒸发温度的升高呈增大趋势,分别增大了33.9%、26.7%、15.4%、27%。     

有机朗肯循环发电系统中换热过程模拟与系统经济性分析

有机朗肯循环发电系统中的能量主要损失在换热设备中。换热设备性能对其发电效率有着直接的影响。为提高有机朗肯循环发电系统的经济性,以最小电力生产成本为目标函数,建立经济性模型,并以实际搭建的有机朗肯循环发电系统对模型进行优化,对安装预热器和过热器的经济性进行分析。研究结果表明:电力生产成本主要受热源介质流量、冷却水流量、系统发电功率、蒸发器节点温差及蒸发温度的影响;在有机朗肯循环发电系统中,尤其是在中大型发电系统中,预热器的安装是经济可靠的;过热器的安装对电力生产成本的增加值较小,而其可提高系统的稳定性、延长系统的使用寿命。     

有机朗肯循环的发电系统的实验研究

以低温热蒸汽来模拟废热作为有机朗肯循环(ORC)的热源,建立了以R134a为制冷剂的有机朗肯循环发电系统。通过EES(engineering equation solver)软件对ORC系统进行了数学建模,并将实验与模拟结果进行了比较。结果表明:系统以R134a为工质运行,可以达到8%的发电效率;当膨胀机进口的状态为饱和或者过热时,系统的热效率与发电量都会随着进口压力的增加而增加;系统压力较低的时候,系统的不可逆程度较大,系统效率会有较大损失。     

基于朗肯循环和卡琳娜循环的中低温余热动力循环分析

中低温朗肯循环、Kalina循环、氨吸收式动力循环和槽式太阳能Kalina发电循环系统都是低温余热动力循环的主要方式,对其热力学原理以及Kalina循环的影响因素进行分析,认为研究推广中低温朗肯循环及Kalina循环和多种应用形式的Kalina循环对提高中低温余热循环效率更加有效,而且Kalina循环技术相比其它热力循环具有更加光明的发展前景和更加广泛的工业应用范围。     

全封闭式涡旋膨胀机在车用有机朗肯循环中的特性研究

本文针对中低温余热特性搭建了2kW目标发电量的小型有机朗肯循环发电系统。实验研究了全封闭式涡旋膨胀机在有机朗肯循环系统中的参数特性。通过改变膨胀机进出口的状态,研究了运行压比和转速对于膨胀机单体及系统性能的影响。性能参数主要包括等熵效率、容积系数、循环热效率及循环净功。结果表明:膨胀机运行压比是影响系统性能的重要参数,循环净功随压比的增大而增加,循环热效率及膨胀机的等熵效率随压比变化均存在最优值;考虑内泄漏及摩擦损失等影响,最优运行压比一般应略大于膨胀机设计比;提高膨胀机转速能有效减少内泄漏损失。     

低温热源有机工质带叶片盘式透平设计及性能分析

Tesla盘式透平是一种以流体边界层摩擦力带动转子旋转的非传统透平,具有结构简单、成本低廉、工质适应性好等优点,尤其适用于低品位热源余热回收系统。但由于其特有的做功方式,盘式透平的运行转矩与效率均远低于常规透平形式,这也是制约其商业应用的主要因素。在传统盘式透平的相邻盘片间增加导流叶片,并针对增加叶片后的透平结构进行了数学建模以及计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）验证。CFD验证表明,所建立的数学模型能够计算流体通道内的流体速度场、压力场分布,并能够预测透平效率在不同工况下的变化趋势。针对余热回收有机朗肯循环（organic rankine cycle,ORC）系统,利用所建立的数学模型,使用不同有机工质进行计算并进行对比。结果表明,在使用不同种类工质做功时,增加叶片均可以大幅提升盘式透平转矩与效率。     

结合燃气-蒸汽联合循环的液化天然气冷能发电利用

提出了结合燃气-蒸汽联合循环的利用液化天然气（liquefied natural gas,LNG）冷能的朗肯循环发电系统,实现LNG冷能梯级利用。朗肯循环蒸发器和燃气-蒸汽联合循环凝汽器换热量匹配一致,循环水系统实现闭式且不受环境温度影响。对系统进行模拟并分析了影响系统的主要参数,结果显示：随着朗肯循环冷凝温度的降低,朗肯循环净输出功率和净效率均有提升;随着循环水温度的提高,朗肯循环的净输出功率和净效率都将提高,而蒸汽轮机输出功率减少,但二者总的输出功率降低幅度不大。     

EES在有机朗肯循环系统热力特性仿真研究中的应用

有机朗肯循环（OrganicRankineCycle,ORC）是在传统朗肯循环中采用有机工质（~IRl13,R123等）代替水推动膨胀机做功的循环,本文根据集总参数法和能量守恒定律建立有机朗肯循环系统的数学模型,运用软件工程方程求解器（EngineeringEquationSolver,EES）进行仿真研究,得到不同工况下有机朗肯循环系统热力特性的变化规律。研究结果表明,提高系统蒸发压力、降低系统冷凝压力以及选择效率尽可能高的膨胀机,可以提高有机朗肯系统循环热效率。仿真计算结果与实验数据二者吻合较好,表明所发展的数学模型可以满足有机朗肯循环热力系统仿真的要求。