采用涡旋膨胀机的低品位热能有机物朗肯循环发电系统实验研究

有机物朗肯循环(organic rankine cycle,ORC)的主要优点在于回收中低品位热能发电时的高效、环境友好、压力适宜等.文中对有机物朗肯循环进行了实验研究.实验装置采用涡旋式膨胀机,以R600a为工质,膨胀机最大输出电功率0.74 kW,最大第一定律效率2.4%.实验发现膨胀机最高转速为4589r/min:根据膨胀机输出功率随工质泵频率及热源温度的变化情况,发现工质泵频率存在一个最佳值,使得系统输出功率最大.循环第一定律效率随着蒸发压力的增加也存在最大值,其原因是由于较高压力和流量下膨胀机入口存在汽液两相现象.通过对ORC的实验研究,认为涡旋式膨胀机在中小型低品位热能ORC系统中具有非常大的优势,ORC系统有机物工质的流量和蒸发压力与低品位热能热源的匹配,是提高ORC系统性能的一个重要设计方法.     

冰箱制冷循环的节能分析

本文根据单级蒸气压缩制冷循环的冰箱制冷系统设计归纳出来常用循环类型,并对目前超级节能冰箱制冷系统汇总分析,提出了改变传统节能冰箱设计中单纯依靠增加发泡层厚度以及采用高COP值压缩机来降低能耗的一种技术即冷凝保压技术,同时从热力学角度对单级蒸气压缩系统采用冷凝保压技术的循环和未采用冷凝保压技术的回路循环做对比分析,归纳出目前超级节能冰箱此类制冷装置的设计和系统分析中的冷凝压力、蒸发压力、冷凝温度、蒸发温度、压缩机回气温度控制以及制冷剂灌注量的匹配关系,推导出来最佳状态的各个参数的优化组合.     

内燃机余热回收冷热电联供系统性能研究

针对内燃机排气的特点,构建了一种新型冷热电联产（CCHP）系统来进一步回收排气余热,达到节能减排的目的。该CCHP系统由1个简单回热超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环、1个喷射式制冷循环和1个热水器组成。为了评估系统性能,建立了系统的热力学模型,并比较了单一S-CO2循环与CCHP系统的性能参数。此外通过参数分析,研究了压缩机出口压力、透平1进口温度以及制冷蒸发温度3个重要参数对于系统性能的影响。最后,以系统同时产生最大净输出功和制冷量（CCP模式）或同时产生最大净输出功和供热量（CHP模式）为优化运行模式,对系统进行了多目标优化。结果表明:CCP模式下,系统净输出功、制冷量、供热量之和为546.87 kW,热效率和?效率分别为45.81%和50.55%;而在CHP模式下,同样的性能指标则分别为501.35 kW、41.95%和50.46%。     

低温热源有机工质向心透平变工况特性分析

有机物朗肯循环发电系统广泛应用于工业余热、太阳光热和地热等低温热源回收利用领域。作为关键做功部件,膨胀机的性能对有机物发电系统效率和输出功率有着重要的影响。该文针对温度为150~200℃的工业烟气余热,选择R600a为循环工质,进行了适用于有机物朗肯循环发电系统的150k W级有机工质向心透平初步设计和变工况性能研究。在一维气动热力计算和CFD数值模拟基础上,获得了向心透平设计工况气动性能,研究了入口压力、入口温度以及转速对向心透平变工况性能的影响。结果表明,入口压力对有机工质向心透平性能影响最大,转速次之,入口温度的影响最小。同设计工况相比,入口压力变化约±6.25%(±0.1MPa)时,向心透平功率变化约±7.4%(±12 k W),效率变化约±1.2%(±1%),流量变化约±6.58%(±0.27 kg/s)。     

梯级换热有机朗肯循环发电系统热力性能分析

为了充分提高低品位热源回收利用率,降低热源排放温度,本文提出了一种基于有机朗肯循环(ORC)的梯级换热发电系统。系统以地热水为热源,以循环净功率为目标函数,根据热力学第一、第二定律,采用MATLAB软件调用REFPROP编制计算程序进行参数优化,以非共沸混合物作为循环工质对系统进行热力性能分析,并与基本ORC发电系统性能进行比较。结果表明:在最优工况下,基于ORC梯级换热发电系统可有效减小工质与热源在换热过程中的平均换热温差,减少换热不可逆损失,并降低了热源排放温度,提高了热源使用率;在所选工质中,基于ORC梯级换热发电系统热力性能均优于基本ORC发电系统,循环净功率和?效率最大可提高16.07%;选择R601/R236ea为工质时,基于ORC梯级换热发电系统性能最佳。     

基于喷射器的有机闪蒸循环系统?分析

喷射式有机闪蒸循环（喷射式OFC）可与中低温热源进行有效匹配，且能够避免传统有机闪蒸循环中低压节流阀的?损。为探明喷射式OFC系统的?损情况，构建了100~200 ℃地热水驱动的喷射式有机闪蒸循环?分析模型，选取R601、R600a、R123、R1234ze和R1234yf作为循环工质，分析了系统吸热过程?损、内部?效率、外部?效率以及各部件?损占比随地热水进口温度的变化情况。结果表明:临界温度越高的工质，所对应的系统内部?效率越高；且工质存在一个特征温度，当地热水进口温度等于工质特征温度时，系统吸热过程?损最小；系统内部以及外部?效率最大；此外，冷凝器?损占比为23.0%~28.7%，是系统中?损占比最大的部件，因此降低冷凝器?损是提高系统性能的一个重要途径。     

新型中低温混合工质联合循环

为了更加有效地回收利用中低温余热，该文提出了一个由动力循环和吸收式制冷循环有机结合而成的新型混合工质联合循环。吸收式制冷循环能够利用蒸汽透平排气的低品位余热制冷，并将冷能用于动力系统的冷凝过程，从而降低蒸汽透平的排气压力和循环的平均放热温度，提高了系统的热效率。与常规混合工质动力循环相比，新循环的透平排气压力由0．44MPa降为0．17MPa，循环平均放热温度由79．2℃降低为39．9℃，系统热效率由10．3％提高到13．4％，系统火用效率由40．8％提高到53．3％。该新型循环开拓了有效利用中低温余热利用的新途径。     

地热能有机朗肯循环发电系统性能分析

针对中低温地热能发电,建立基于蒸发器夹点温差位置的有机朗肯循环(ORC)系统性能分析模型。以R245fa、R290和R600a工质为例,计算并分析了在不同蒸发器热源侧出口温度下,系统输出功率、单位面积的输出功率、蒸发压力、热效率和火用效率随蒸发器热源侧出口温度的变化规律,以及不同工质的最佳运行工况。研究结果表明:随着热源出口水温的升高,存在一个最佳蒸发器热源侧出口温度,使得循环的输出功率和有回热装置时的单位面积输出功率最大;对于≤135℃的地热能,更适用于亚临界ORC;回热器的加入可增加系统循环效率,但其对循环最优蒸发压力几乎无影响。     

单工质低温余热发电循环性能分析

为了提高能源利用的高效性和经济性,推进有机朗肯循环系统在低温余热发电领域的应用。通过建立热力学模型,并用Matlab软件进行编程,调用NIST Refprop数据库,选取六氟丙烷作为循环工质,模拟分析有机朗肯循环系统各方面性能。在采用循环输出功率、㶲效率和热效率等热力学指标研究系统热力性能的基础上,分别采用换热面积和CO₂年减排量作为评价系统经济性能和环保性能的指标。研究结果表明：单变量时,在冷凝压力为150 kPa时能保证系统性能达到最佳。多变量时,热源温度提高会使经济性能大幅度降低,而系统的热力性能和环保性能有所提高,综合考虑可取热源温度为155 ℃~185 ℃;当系统各性能分别保证最佳时,蒸发压力随热源温度呈现不同形式的变化,但始终不超过3350 kPa。     

基于分液冷凝采用R600a/R601a混合物有机闪蒸循环性能分析

建立分液冷凝有机闪蒸循环(liquid-separation condensation organic flash cycle,LSOFC)的热力学模型,采用R600a/R601a为循环工质。研究热源温度为100～150℃时,摩尔组分对LSOFC系统不分液情况下净输出功率以及单位输出功率所需总的换热面积(Aper)的影响。同时在系统净输出功率最大的情况下,探讨了热源温度150℃时,分液干度以及摩尔组分对LSOFC系统净输出功率以及Aper的影响规律。并对LSOFC系统分液与不分液时Aper进行比较。结果表明,与R600a和R601a相比,热源温度为100、110～130、140℃和150℃,且R600a/R601a混合物摩尔组分分别为0.2/0.8、0.1/0.9、0.9/0.1及0.7/0.3时,LSOFC系统的净输出功率最大,且一般情况下,采用分液冷凝可有效减少系统的Aper。当热源温度为150℃,R601a摩尔组分为0.9时,分液冷凝系统的Aper相对于不分液情况最大减少了23.33%,只有当热源温度为100℃,R601a摩尔组分为0.5、0.6及0.7时,采用分液冷凝系统的Ap...     

氨吸收式串联型制冷和动力复合循环及敏感性分析

该文对采用氨水混合工质的串联型制冷/动力复合循环进行了模拟计算分析。基础循环主要参数为：氨水工质浓度为0.3，透平进气参数为400℃/8.4MPa，热源为415℃/ 0.1043MPa的热空气。循环采用火用效率、经济火用 效率、功冷比作为评价准则。对透平进气温度、进气压力、再沸器出口工质温度、冷却水温度等关键循环参数的变化对循环热 力性能的影响进行了研究，结果表明分别存在最佳透平进气温度及最佳再沸器出口工质温度使得火用 效率和经济火用 效率达到最大。此外，研究表明循环最佳基本工质浓度随冷、电价格比的变化而变化。     

新型燃气－氨水蒸汽功冷联供联合循环

基于能的梯级利用原理及氨水工质系统的能量利用特性,将产功与制冷有机结合,提出一种由燃气轮机循环和氨水工质功冷联供循环组成的新型燃气-氨水蒸汽功冷联供联合循环。在系统能量输入及主要参数相同的前提下,将新循环与由常规燃气-蒸汽联合循环和氨吸收式制冷循环组成的功冷联供联合循环进行模拟计算比较,发现新循环的功、冷输出均有增加,热效率和火用效率分别相对提高了6.3%和1.9%。通过火用平衡分析,揭示了新循环的系统性能提高的主要原因在于加热、排烟过程火用损失的大幅减小,证明采用氨水作为底循环工质是将常规燃气-蒸汽联合循环发展为功冷联供循环,提高系统性能的有效措施。     

氨吸收式动力/制冷复合循环的敏感性分析

对氨水混合工质动力/制冷正逆耦合循环进行了模拟计算分析,该循环通过分流、精馏、吸收冷凝,满足了不同热力过程对工质氨浓度的不同需求。选取热效率h、火用效率e等指标作为评价准则,当循环透平进汽参数为375 ℃/7 000 kPa时,h约为20%,e约为40%。对循环重要参数分流比S、基本工质氨质量浓度X变化对热力性能、评价准则的影响进行敏感性分析,讨论不同X下如何设置分流比S使循环能量利用更为合理。研究表明：综合考虑循环功冷联供性能、经济性能等因素,建议分流比S取0.4左右,基本工质氨质量浓度X取0.28~0.32。如需较大的冷输出,可适当加大S及X,但S过高(>0.8)循环热力性能会恶化。     

二氧化碳动力循环在太阳能热利用的应用分析

在太阳能热利用领域,以二氧化碳为工质的动力循环主要有跨临界朗肯循环和超临界布雷顿循环。在太阳能集热器温度为200~1000℃和二氧化碳工质压力在10~40 MPa的范围内,采用MATLAB软件编程,计算和比较这两种循环的热效率。在较高温度下,随工质压力升高,两种循环热效率均增大;但在较低温度下,两种循环热效率的变化却相反;并且在一定温度以上,超临界布雷顿循环热效率总是高于跨临界朗肯循环。通过拟合得到两种循环热效率相等的关联式。结合实际条件,太阳能集热器温度为350℃以上时应采用超临界布雷顿循环;而在350℃以下,宜采用跨临界朗肯循环。     

Cycle analysis using exhaust heat of SOFC and turbine combined cycle by absorption chiller

The power generating efficiency of solid oxide fuel cell (SOFC) and gas turbine combined cycle is fairly high. However, the exhaust gas temperature of the combined cycle is still high, about 300^°C. Thus, it should be recovered for energy saving, for example, by absorption chiller. The energy demand for refrigeration cooling is recently increasing year by year in Japan. We propose here a cogeneration system by series connection of SOFC, gas turbine and LiBr absorption chiller to convert the exhaust heat to the cooling heat. As a result of cycle analysis of the combined system with 500‐kW‐class SOFC, the bottoming single‐effect absorption chiller can produce a refrigerating capacity of about 120 kW, and the double‐effect absorption chiller can produce a little higher refrigerating capacity of about 130 kW without any additional fuel. But the double‐effect absorption chiller became more expensive and complex than the single‐effect chiller. © 2009 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 167(1): 49– 55, 2009; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20578     

冷库制冷系统变冷凝工况的节能运行

以厦门某冷库制冷系统为研究对象,基于制冷系统运行记录,结合室外空气湿球温度分布,分析比较了制冷系统在变冷凝工况和定冷凝工况模式下的运行能耗,得到了采用变冷凝工况运行冬季可节电18％,春秋季可节电6％的结论。研究结果对冷库制冷系统节能有一定的指导意义。     

高效燃煤机组关键技术研究进展

提高燃煤电厂的热效率可以实现节能与CO2减排的双重效果。欧盟的"在700℃运行的超临界煤粉锅炉发电即AD700计划"和美国的"超超临界蒸汽计划(USC)"的主要工作是把蒸汽参数提高到700℃,甚至760℃,从而大幅提高机组的热效率。研究表明,开发新的热力系统,缩小卡诺缺口和提高蒸汽参数都可以提高热效率,二者结合可以将现机组效率提高到50%,甚至更高水平。我国可以在欧盟AD700以及美国USC计划的基础上创立一个E50+(效率大于50%)计划平台,集中力量在短期内实现除耐高温材料之外的关键技术研发和示范电站的建设。     

蒸汽动力循环耦合正、逆制冷循环的电站空冷系统

文中提出一种电站汽轮机凝汽器新型间接空冷系统,它通过特制的双相变换热器将蒸气压缩制冷循环及与其并联的逆制冷循环和蒸汽动力循环串接耦合,以使系统能根据环境温度的高低,分别利用正、逆制冷循环的相互切换和制冷设备运行参数的调整将蒸汽动力循环的平均放热温度降低到和水冷系统的相近或更低,从而使该系统既节水又低耗：而且还可增强空冷系统的环境适应能力：高环境温度时段能满发,低环境温度时段无冻害。文中介绍了该系统的组成和工作原理,预测了系统的主要效果,进行了粗略的经济、社会效益估计,指出了有待进一步深入研究的问题。分析得出结论：新空冷系统的原理可信,技术可行,效果显著。