基于有机朗肯循环的APU余热回收系统性能分析

为有效利用飞机辅助动力装置（Auxitlary Power Unit , APU）排气余热,基于有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）发电系统,构建了APU余热回收系统。系统以APU排气余热为输入,驱动ORC做功,输出电能,为机载设备提供二次能源。结合工程热力学原理,建立系统热力学模型,并通过Matlab编程对余热回收系统进行了仿真计算及性能分析。仿真结果表明,系统功率及效率随飞行马赫数增加而降低;APU余热回收系统在飞机低音速飞行时有良好的性能;马赫数小于1时,系统功率在12 kW以上,效率在11%以上,耗气率低于0.0262 kg/kJ。     

电石炉烟气余热回收双回路ORC系统性能分析

有机朗肯循环(ORC)系统在回收余热方面具有较大优势.本文采用双回路有机朗肯循环(DORC)系统回收电石炉烟气余热.对比了不同工质组合、不同循环结构下,高温循环的蒸发温度与冷凝温度对系统输出功率、效率和发电成本的影响.结果表明:与基础DORC相比,回热式DORC系统性能更佳,其中以甲醇与R123工质组合的系统净功率与效率最大,水作为高温循环工质在无回热的基础DORC系统中经济性优势明显.恒定热源条件下增大高温循环蒸发温度,对所有工质组合下同性能均有明显改善,增大高温循环冷凝温度则降低系统性能.     

基于有机朗肯循环的微燃机尾气余热发电系统热力性能分析

文中以某型微燃机排出的尾气作为有机朗肯循环发电系统的输入热源,并通过建立的热力学模型,选用环戊烷和苯作为循环工质,进行系统主参数的优化研究。实验结果表明:上述两种工质均随着蒸发温度的升高,其有机工质的流量相应减少,而系统排烟温度升高,系统的净输出电功率先增加后下降,存在一个最大发电功率。采用环戊烷为循环工质时的ORCs最大净发电量可增加8.56%,循环效率增加0.46%。因此,从热力性能方面考虑,选择环戊烷为循环工质比较合适。     

超临界工况下回热器对低温余热发电系统性能的影响

为研究超临界工况下增加回热器对低温余热发电系统性能的影响,建立了带回热器的超临界有机朗肯循环计算模型;指出了在超临界工况下由一般方法计算有机朗肯循环的热力参数存在一定偏差,运用EES(Engineering Equation Solver)软件对有、无回热器两种情况下系统的热力参数进行了计算。研究表明:在超临界工况下,以R152a为工质,系统增加回热器后最大热效率提高了0.65%,对应的蒸发压力降低了494 kPa;系统火用效率有所提高,但增加幅度有限;多目标优化发现,增加回热器后系统最佳工况点为蒸发压力4 654 kPa,比无回热器时降低了318 kPa。     

结合ORC和VCR的中温余热回收系统性能分析

为了利用丰富的中低温余热进行制冷,本文提出了一种结合ORC(有机朗肯循环)和VCR(蒸汽压缩制冷循环)的制冷系统,并对新系统进行了热力学分析和火用损失分析。此外,对比分析了Cyclohexane、D4、n-octane及R141b四种工质的热力学性能与ORC蒸发温度、制冷剂蒸发温度及透平效率等参数对系统制冷性能的影响。结果表明:以Cyclohexane为ORC工质时,系统总制冷COP(性能系数)最高为1.262;ORC蒸发温度对制冷工质与有机工质的质量流量比有显著的影响;制冷剂蒸发温度对系统的制冷COP有显著的影响;制冷剂冷凝温度对系统制冷COP的影响比ORC冷凝温度大;ORC蒸发器、VCR冷凝器以及ORC冷凝器的火用损失占系统总火用损失的57.28%。     

基于遗传算法的汽油机朗肯循环余热回收系统的优化

为了更加高效利用汽油机排气余热,分析了某款汽油机排气余热回收潜力,建立了基于蒸发器和活塞式膨胀机的汽油机-朗肯循环联合余热回收系统模型。利用遗传算法,同时考虑膨胀机输出功、排气利用率、蒸发器效率和膨胀机绝热效率,以膨胀机输出功和系统总效率为优化目标,以蒸发压力和膨胀机转速为优化变量,对汽油机4个工况下朗肯循环系统的最佳运行参数进行了研究。结果表明,在整个发动机转速范围内,排气最大可利用效率均高于46%,转速越高则排气品质越高。在不同工况下存在最优的膨胀机转速和蒸发压力。经过优化,在选取的4个工况下,功率提高率均在6%以上,最高达到7.08%。     

柴油机工况对中温有机朗肯循环性能影响的模拟

根据某重型车用柴油机的试验数据,选用两种不同的排气状态作为设计点,分别设计了两套中温有机朗肯循环余热回收系统.通过理论计算,对比了两套系统的工质蒸发率、各节点温度、系统效率及输出功率等参数随排气温度变化的规律,并主要针对第2套设计方案系统研究了排气流量、排气温度等参数对中温朗肯循环系统效率的影响.结果表明:选择中高工况...     

螺杆膨胀动力驱动技术在余热余压回收中的应用

文章介绍了螺杆膨胀机的发展背景、工作原理及性能特点,并着重介绍螺杆膨胀动力驱动技术的应用情况。应用主要按照单循环系统和双循环系统分类进行介绍。根据螺杆膨胀机的特点,螺杆膨胀机在余热余压回收中会发挥越来越大的作用。     

1000t/d石灰窑余热发电系统分析及优化

针对1000t/d石灰窑生产线余热发电系统进行建模分析及优化。计算结果表明:采用传统朗肯循环发电系统,实际发电功率低于900k W,进汽轮机蒸汽最佳压力范围为0.35~0.5MPa,最佳温度范围为190~220℃;采用双工质有机朗肯循环发电系统发电功率大幅度提高,以R123作为有机工质为例,进汽轮机蒸汽最佳压力3.0MPa、蒸汽温度173.3℃,理论最大输出功率1391k W。同时对有机朗肯循环系统中广泛采用的有机工质ORC循环系统进行了对比分析,为活性石灰低温余热的高效利用提供了理论基础。     

船用柴油机烟气余热ORC系统的热力性能分析

对采用不同换热器配置的有机朗肯循环(ORC)系统进行了分析,理论分析结果表明:在柴油机烟气余热ORC系统所有部件之中,蒸发器的损失最大;通过增加预热器或回热器能进一步提高热源的利用率,但同时系统的损失和成本增加。为此对影响ORC系统性能的关键因素进行优化设计:使蒸发器过热度和冷凝器的过冷度取1~2℃;并尽可能提高膨胀机的膨胀比和内效率。试验结果表明:ORC试验系统理论热效率5.7%,实际热效率5.3%,引起偏差的主要原因是膨胀机实际容积效率低于理论值,实际机械消耗大于理论值,且系统混入的不凝气也对系统造成影响。新开发的低温烟气余热ORC系统的设计方法,实现了对烟气余热ORC系统的优化配置,为船舶柴油机烟气余热利用提供了一种切实可行的解决方案。     

内燃机余热驱动的储热式有机朗肯循环试验研究

为了提高尾气余热利用率并削弱热源波动对有机朗肯循环的影响,提出了一种集成相变储热换热器的有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统,利用相变材料削弱尾气余热波动并储存热量。搭建了内燃机尾气余热直接驱动的储热式有机朗肯循环试验台架,开展了内燃机稳态工况和阶跃变工况下储热式有机朗肯循环的热力学性能和动态性能试验研究。结果表明,内燃机稳态工况下尾气平均温度和平均流量为342℃和0.142kg/s,蒸发压力为0.75MPa条件下储热式ORC系统平均输出功率约3.43kW,平均热效率可达到12.7%,平均尾气余热回收率可达40.1%。内燃机阶跃工况下,工质出口温度、蒸发压力和过热度均呈现快速下降的趋势。试验结果还表明储热式ORC具备完全抵御发动机工况小幅波动的能力。在发动机工况阶跃变化比例过大时,储热换热器可以实现对尾气的补热,从而延长储热式ORC的安全工作时间。     

余热利用有机物朗肯循环最佳热回收效率分析

首先通过分析余热回收动力循环的不可逆损失,得到循环的理想效率。其次,通过分析发现热回收效率随蒸发压力变化存在最佳值,并且最佳热回收效率与最小熵增率是等价的。然后,通过研究两种简化的余热利用动力模型,应用有限时间热力学的相关方法,指出最大热回收效率产生的原因。再次,研究了余热变化时系统最佳工况的变化。结果发现最佳蒸发压力随余热流量、入口温度增加而显著增加,而与余热组分关系不大。最后,研究了工质对系统最佳工况的影响,发现较高临界温度的工质,最佳蒸发压力较低。     

中低温工业余热ORC回收装置的工质发展与应用

工业余热领域热源类型多样,如何筛选安全、稳定、高效的循环工质,成为有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)研究的关键性问题之一。采用纯工质作为工作流体更有利于工程应用中对系统的维护。本文在综述近五年国内外适用于中低温工业余热有机朗肯循环纯工质研究的基础上,探讨了亚临界循环和超临界循环ORC动力回收装置中循环工质的发展与应用现状。     

基于有机工质朗肯循环系统的低温余热发电技术简述

调整能源结构、推进节能减排是我国工业化的必经之路。我国工业生产产生的中高温余热发电技术较为成熟,而低品位余热发电尚在发展。以低沸点有机物为工质的朗肯循环低温发电技术是回收中低品位热能的有效手段,不仅节能降耗,还能为企业带来可观的经济效益。文中从技术原理、循环工质、关键设备等方面介绍有机工质朗肯循环低温发电技术,并对发展前景作出展望。     

低温余热有机朗肯循环发电系统热经济性分析

针对工业中排放的低温烟气,建立有机朗肯循环发电系统的热经济分析模型,分析蒸发压力、热源温度及蒸发器最小传热温差对系统经济性能的影响。分析结果表明:热源温度为140℃,循环采用R123的经济性最佳,相应的发电成本与动态投资回收期分别为0.142元(/kW.h)与3.68年。余热发电系统存在一个经济性最高的蒸发压力,不同工质对应的最佳蒸发压力也不同。蒸发器内最小传热温差为15℃时,系统的经济性较好。烟气温度在100～180℃时,系统采用R123的投资回收期最短,而烟气温度高于180℃时,R141b的经济性更高;不宜采用有机朗肯循环发电技术回收温度低于100℃的低温烟气。     

低温余热发电系统中涡轮膨胀机的优化研究

以R152a为循环工质,对低温余热发电系统中径流涡轮式膨胀机进行了研究;采用EES(Engineering Equation Solver)软件编程对涡轮膨胀机进行了热力设计,其轮周效率、内效率分别可达90.19%和88.84%,输出功率为50 kW;对所设计的膨胀机进行性能分析发现:随着膨胀机入口工质温度的升高,其内效率稍有下降,而输出功率大幅增加;对应膨胀机大功率条件下的是较高的比转速Ns和较小的比直径Ds,符合未来高性能涡轮式膨胀机"大功率,高转速,小尺寸"的发展趋势。     

内燃机尾气余热驱动有机朗肯蒸汽压缩制冷循环的研究

设计了以内燃机尾气余热为热源驱动的有机朗肯蒸气压缩制冷循环系统。根据热力学定律,建立了循环系统的数学模型,提出了尾气换热夹点确定方法。以Matlab和Refprop软件为工具,研究了有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)各换热器负荷、做功量、热效率分别随蒸发压力、冷凝温度的变化关系,并确定了最优工质。研究了蒸汽压缩制冷循环(vapor compression refrigeration,VCR)各换热器负荷、制冷系数分别随蒸发温度、冷凝温度的变化关系。由于压缩比的限制,确定了多种制冷工质在不同冷凝温度下的最低蒸发温度,结合相关标准中所规定的各型冷藏车蒸发温度的范围,确定了各型冷藏车的可选制冷剂。研究了与可选工质对应的制冷系数随蒸发温度的变化关系,从而确定最优工质。计算了各型冷藏车在采用最优制冷剂时,在最严苛工况下的制冷量、制冷系数及综合系数。     

利用烟气余热的有机朗肯循环与苦咸水淡化联合系统

针对沿海和西北内陆地区淡水紧缺和工业烟气余热的排放问题,设计了一种有机朗肯循环与苦咸水淡化的联合系统对工业烟气余热进行有效回收,以生产淡水和电能。该联合系统将闪蒸法与有机朗肯循环进行有机结合,通过变参数法计算采用戊烷作为工质的有机朗肯循环的循环效率,确定该系统运行的最佳参数,并与水工质朗肯循环进行对比,证明了联合系统的优越性。