有机朗肯循环系统换热设备仿真研究

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)在中低温热能发电方向具有广阔的应用前景。换热器是ORC的重要部件,然而当前对于换热器偏离设计工况运行性能的研究尚不够深入。本文提出了偏离设计工况运行条件下换热器分区仿真建模方法,建立了换热器仿真模型并通过实验验证。经验证,蒸发器和冷凝器仿真与实验的换热量最大误差分别为3.74%和3.20%。在模型验证基础上,对ORC中换热器偏离设计工况运行特性进行了分析,获得了换热器偏离设计工况运行特性和换热面积迁移规律,定义并获得了换热器当量换热系数,为ORC中换热器设计及系统运行提供了指导。     

基于时间序列聚合的有机朗肯循环系统优化方法

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC) 发电技术在回收中低温余热和中低温太阳能热发电方面具有广阔的应用前景,系统优化设计对提高系统发电效率和降低系统全年发电成本具有重要意义。本文建立了太阳能驱动ORC系统设备结构参数和系统运行参数同步优化模型;考虑到太阳能辐射量和环境温度随时间变化的特性,基于时间序列聚合法获得5个聚合点作为设计工况,分别得到了5个聚合设计工况下最优设计方案。结果表明：太阳能辐射量和环境设计温度不同,设计的系统结构参数和运行方案不同;在环境温度值低、太阳辐射值高时度电成本 (Electricity Production Cost, EPC) 最低,ORC效率最高。     

有机朗肯循环系统工质设计与系统参数的同步优化

工质是有机朗肯循环（organic Rankine cycle，ORC）中能量转换的载体，其与冷、热源之间的匹配直接影响ORC系统性能。现有工质提升ORC系统性能有限，新型工质的设计对提升ORC性能非常重要。提出了基于计算机辅助分子设计（computer-aided molecular design，CAMD）的工质设计与和ORC系统同步优化的建模和求解方法，对传统CAMD模型进行了改进。建立了以ORC系统输出净功最大为优化目标的混合整数非线性数学规划（mixed integer non-line programming，MINLP）模型，提出了求解策略。基于9个基本元素选择37个基团，应用于建立的同步优化模型，获得了热源范围353.15~463.15 K和冷源范围293.15~298.15 K工况下的最优工质，并与现有工质进行了对比验证。对比结果表明，新型工质的ORC净功比现有工质ORC净功增加12.46%。对在计算ORC循环性能中涉及的工质物性，如临界温度、临界压力、沸点温度、比热容、密度和相对分子质量等进行了敏感性分析。     

基于有机朗肯循环的微型热电联产技术研究现状

对基于有机朗肯循环(ORC)的微型热电联产系统(micro-CHP)的国内外研究现状进行了综述,重点关注了ORC系统核心部件、ORC微型热电联产系统运行策略、评价准则及优化方法等方面的研究进展。相关文献研究表明,ORC系统部件选型是影响系统成本的核心因素,也是当前研究的热点;系统优化是提高系统综合性能指标的重要途径,合理的运行策略则是均衡能源匹配的重要保障。此外,选择科学的评价准则对评价系统综合性能优劣有重要意义。     

采用R1234ze(E)/R245fa的非共沸混合工质有机朗肯循环系统实验研究

非共沸混合工质具有的温度滑移特性能有效提升有机朗肯循环（organic Rankine cycle,简称为ORC）系统的性能,具有重要的研究意义。本文介绍了ORC系统测试试验台,建立了非共沸混合工质系统热力学分析模型,通过实验研究了工质流量对混合工质ORC系统的运行性能及换热特性的影响,并且与纯工质ORC系统进行了对比。结果表明,在系统工质流量较大时,采用混合工质R1234ze（E）/R245fa的ORC系统性能具有明显的提升。     

考虑环境温度变工况的分液冷凝有机朗肯循环系统优化设计

有机朗肯循环是最具潜力的低品位热-功转换技术之一,设计工况的选择和考虑变工况的系统设计和运行方法对降低系统全年发电成本或提高系统年均发电效率有重要意义.本文建立了余热驱动有机朗肯循环系统设备结构参数和系统运行参数同步优化模型并提出了求解策略;考虑到环境温度随季节变化的特性,选取4个环境温度作为设计工况,分别得到了4个设计工况下最优设计方案,基于4个设计结构优化全年运行方案,并比较不同系统配置下全年变工况的综合性能.研究结果表明：同时优化系统参数及设备结构参数对提高系统性能至关重要;环境设计温度不同,设计的最优结构和运行方案不同,可根据多个变工况环境温度对系统进行优化设计,优化全年运行方案.     

烟气余热有机朗肯循环工质的研究

通过热力学建模的方法对电厂烟气余热ORC循环工质进行研究,根据工质的筛选方法和REFPROP软件粗选出11种适合低温烟气余热发电的有机工质,通过热力学分析方法计算出ORC系统的循环热效率、泵功、净输出功、工质运行压力.结果表明,R601a是最适合低温烟气余热发电的工质,R245fa和R600次之.     

非共沸混合工质有机朗肯循环系统变工况特性研究

鉴于分布式能源系统中燃气轮机负荷波动较大,而目前对有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC)研究更注重相同吸热量及其热力性能随初始参数变化的对比,很少考虑燃气轮机负荷降低时导致烟气温度和质量流量均下降对系统性能的影响.通过HYSYS平台构建特性模型,以换热器内窄点温差为约束条件,研究变工况特性...     

泵-阀调控模式集中供热系统零压差点运行特性仿真研究

针对存在零压差点的集中供热系统,利用一维流体仿真软件Flowmaster进行了泵-阀调控模式的动态模拟仿真.模拟过程中,通过对典型换热站流量变化、水压图变化,以及变零压差点调节时泵阀切换过程的规律总结,对比分析了变零压差点和定零压差点运行调节工况的水力特性.同时对运行调节前后主循环泵和分布式变频泵的效率、功率及运行频率进行对比分析.结果表明:与变零压差点运行工况相比,定零压差点运行工况时,全网流量下降平缓,供回水压差波动较小,主循环泵和分布式变频泵降频后都可以保持在高效点运行,更为节能,调节方式简单易行.     

超临界CO2布雷顿循环余热回收系统性能分析与优化

为了经济高效地回收超临界CO₂布雷顿循环(SCBC)的余热，分别采用卡琳娜循环(KC)和有机朗肯循环(ORC)作为底循环，设计了SCBC/KC及SCBC/ORC这2种系统方案.对2种方案系统进行参数分析并利用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对联合循环系统进行多目标优化计算，将优化结果与SCBC系统性能进行比较，突出联合循环系统的性能优势.参数分析结果表明：2种联合循环系统热力性能均存在最佳压比；升高底循环膨胀比有助于提升系统热力性能；提高底循环涡轮机进口温度有助于改善系统?经济性能.对比结果表明：优化后的SCBC/KC系统热效率和?效率较优化前SCBC系统分别升高了9.27%和8.69%，?经济成本仅升高了0.92%;SCBC/ORC系统热效率和?效率较优化前SCBC系统分别升高10.73%和10.08%，?经济成本升高了1.87%.通过比较分析可知，SCBC/KC系统更经济，而SCBC/ORC系统更节能.     

基于PC-SAFT的混合工质筛选与有机朗肯循环系统优化

混合工质在相变过程存在温度滑移现象,能与冷热源更好地匹配从而提高有机朗肯循环(Organic?Rankine Cycle,?ORC)性能,成为ORC工质研究热点.混合工质组合和数量巨大,常规方法用于混合工质筛选及与系统参数的同步优化难度较大.建立了基于Perturbed-Chain?Statistical?Associ...     

基于改进灰狼优化算法自抗扰控制器在火电燃料控制系统中的应用

针对火电厂燃料控制这一非线性、滞后性、强干扰的被控对象,设计基于改进灰狼优化算法的自抗扰控制器。对燃料控制系统不同工况进行了阶跃仿真实验、扰动测试、鲁棒性测试以及变工况实验。实验结果表明,相较于传统比例-积分(PI)控制器和专家经验整定的自抗扰控制器,改进灰狼优化算法的自抗扰控制器可以实现燃料量的快速、稳定调节,在抗扰动及变工况过程中有较好的控制效果,具有较强的鲁棒性。     

有机朗肯循环系统回收发动机尾气余热的研究

根据柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环余热回收系统。采用R245fa作为工质,根据工质在不同蒸发压力下的蒸发率结合发动机的试验数据分析了两相流对系统性能的影响。通过比较系统净输出功、有机朗肯循环效率及主要部件损的变化规律确定了系统的最佳工作方案。结果表明,系统在全排气质量流量范围内能平稳地工作,有机朗肯循环效率达到10.2%,减小了各主要部件的损,余热回收效果明显。     

柴油机排气余热的有机朗肯循环发电系统

针对柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统.在该系统中,采用R245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)作为循环工质,针对其不同蒸发温度以及冷凝温度,通过模拟计算研究了最终排气温度、系统净输出功率和朗肯循环实际效率的变化规律.研究结果表明,当蒸发温度低于367.46 K时应采用一级膨胀系统;当蒸发温度高于367.46 K低于404.6 K时应采用二级膨胀系统;冷凝温度恒定时,最终排气温度随蒸发温度的升高而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随蒸发温度的升高而升高;蒸发温度恒定时,最终排气温度随冷凝温度的降低而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随冷凝温度的降低而升高.