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。     

分液冷凝有机朗肯循环系统R245fa/HFOs工质选择研究

有机朗肯循环是中低品位热能高效利用的有效技术之一,分液冷凝有机朗肯循环（LSCORC）是基于分液冷凝传热强化的新型热力循环。为寻找新型环保替代工质,建立LSCORC系统的热力学模型,以最大化净输出功为目标,重点考虑了雅各布数、冷热源换热匹配对系统性能的影响,对R245fa/HFOs工质进行了对比筛选。结果表明：工质的雅各布数越大,其净输出功越小;在基础工况下,R245fa/R1336mzz(Z)的热力性能及热经济性表现最佳;当热源参数变化时,雅各布数较小工质的性能表现普遍优于雅各布数较大的工质组合;当冷源参数变化时,在分液冷凝器两个流程中温度滑移和冷源温升匹配越好的工质组合,其系统净输出功越大。     

低温余热蒸汽闪蒸_双工质联合循环发电系统热力分析

为充分回收矿藏热采过程尾端低温蒸汽余热,提出一种适于蒸汽回收的新型闪蒸-双工质联合循环发电系统,以热力学第一、第二定律为基础,建立了该联合循环热力模型,采用R245fa为循环工质,编制计算程序对系统热效率、输出功率及火用效率进行了热力分析,并将其与单纯闪蒸、双工质朗肯循环进行性能对比。结果表明,在热源温度110℃、压力0.14 MPa情况下,净输出功随闪蒸压力、双工质循环蒸发压力的增大均呈先增大后减小的趋势,当闪蒸压力在0.048 33 MPa,低压级双工质循环蒸发压力为0.389 6 MPa时,系统整体及闪蒸-双工质阶段均存在最大功率,分别为6 249.2 kW、429.2 kW;热效率则随闪蒸压力增大先增大后减小,而随双工质压力的增大不断增大。其中双工质循环的热效率均低于联合循环,在多数情况下单纯闪蒸循环的热效率基本等于联合循环的热效率;火用效率变化规律与净输出功变化规律相同。     

中低温热水发电系统循环参数和工质的选择

针对热源为80～150℃热水的有机朗肯循环（ORC）发电系统,以发电功率和效率为评价指标,分别分析了以R134a、R123和R245fa三种工质为循环介质时的系统,确定了最佳循环参数和工质。一般来说,最佳蒸发温度对应着最大的输出电功,且随着热流体温度的升高而升高;当热源温度大于120℃时,R134a的系统不存在最佳蒸发温度,此时输出电功随着蒸发温度的升高而增大。对于80～135℃的热水,工质R245fa的发电功率最大;当热水温度超过135℃时,工质R134a的发电功率最大。工质R245fa的发电效率始终是最大的。     

基于工质临界温度的带内回热ORC系统性能分析

为充分回收低温烟气余热,建立带有内回热的有机朗肯循环系统。选取硅氧烷类、HC类与HFC类共9种有机工质,基于工质临界温度与工质复杂度因子,讨论净输出功与质量流量变化规律;提出采用液态吸热系数、潜热系数、内回热吸热系数对ORC系统循环热效率的变化规律进行分析。结果表明:随蒸发温度的升高,热效率与效率升高,质量流量与损下降,而净输出功先升高后降低。对同种类型工质,临界温度越高,净输出功越低;对不同类型工质,单位工质做功能力表现为HC类硅氧烷HFC类,且对于不同类型工质影响工质质量流量的因素不同。对不同工质而言,工质临界温度越高,热效率与效率越大,净输出功越小,热源匹配性变差。综合考虑以上因素,所选工质临界温度不宜超出热源温度过多。     

太阳能超临界有机朗肯循环系统的性能研究

以太阳能为热源,建立超临界有机朗肯循环系统模型,选取7种有机工质作为研究对象,研究膨胀机进气温度和压力对系统的单位净输出功、不可逆损失和热效率等参数的影响,并用模糊数学模型筛选出最佳的工质。结果表明:工质R152a的综合性能更好,合适的进气温度和压力区域能够使系统保持在较高的热效率中运行,超临界有机朗肯循环系统相比于亚临界系统更具有优势。     

中低温地热发电有机朗肯循环工质筛选

针对进口温度为423.15 K的中低温地热驱动有机朗肯循环发电系统,采用与热源耦合的反问题方法,选取干工质与等熵工质共6种、湿工质6种,在回灌温度为333.15～353.15 K时进行计算比较,分析了地热水回灌温度对不同临界温度、不同干度工质循环性能的影响,进而筛选出最优工质。分析结果表明,在地热水进口温度为423.15 K条件下,随着回灌温度逐渐升高,大多数工质的净输出功呈先升高后降低的趋势;对相同类型工质进行比较,工质临界温度越高,其最大净输出功越低,且最佳回灌温度越高;湿工质在微过热循环(膨胀机出口为饱和汽态)下与干工质饱和循环最大净输出功相当。综合考虑工质循环性能、环境影响、毒性及易燃性,确定最优工质为R236fa。     

热源温度对有机朗肯循环发电特性的影响

基于搭建的以R245fa为工质的有机朗肯循环发电系统,通过调节电加热器功率来研究热源温度对有机朗肯循环发电特性的影响。研究表明:当冷凝温度不变时,随着热源温度的升高,蒸发压力升高,冷凝压力基本不变;膨胀机的压比和压差都增大;当热源温度由86℃升到99℃时,净输出电功率从4.7 kW增加到8 kW,发电效率由7.55%升至8.4%,功率和效率都近似线性增加。     

基于热源耦合ORC ANN模型的循环性能预测及工质优选

基于已建立的有机朗肯循环(ORC) 人工神经网络(ANN)模型,将其与热源进行耦合,从而在不同烟气工况下对ORC进行循环性能预测及工质优选。为了分析与热源耦合的ORC ANN模型精度,基于初选的10种工质,比较了该模型与REFPROP软件对基本ORC和回热ORC的计算结果,比较结果表明：该ORC ANN模型对大部分循环参数的平均相对偏差都小于5%。在此基础上,针对不同烟气热源温度（523.15,488.15和453.15 K）,以最大净输出功为目标,分别优化循环的蒸发温度,优化结果显示：3种热源温度对应的最佳工质分别为R1336mzz(Z),R600a和R236fa。     

有机朗肯循环与再热式循环低温热源发电系统热力性能研究

针对120℃以下的低温余热热源,探讨了基本有机郎肯循环发电系统和再热式有机朗肯循环发电系统模型的基本原理.从热力学第一定律角度出发,研究了纯工质R245fa和非共沸混合工质R21/R245fa在基本有机郎肯循环系统中,以及纯工质R245fa在再热式有机郎肯循环系统中,三种形式的有机郎肯循环系统热力性能随蒸发温度的变化情况.与纯工质基本有机郎肯循环系统相比,再热式有机郎肯循环最大可提高系统净输出功7.08％,而混合工质对提高整个系统热力性能具有较大的优势,净输出功和热效率最大可提高4.67％和2.91％.     

基于卡琳娜循环的功冷联供系统热力学分析

在传统卡琳娜动力循环基础上,可以增加一个喷射制冷过程进一步利用工质的余压余热能,从而提出一种基于卡琳娜循环的新型功冷联供系统。运用数值求解方程式EES(engineering equation solver)编程计算,分析蒸发压力、和冷凝温度的改变对系统中引射系数及复合系统性能的影响,从热效率、?效率和折合效率3个评价指标对复合系统性能进行综合评价。通过数据分析得出:随着蒸发压力升高,蒸发器吸热量逐渐减小,存在一个最佳的蒸发压力使净输出功达到最大,约为2.6 MPa,但其和引射系数与制冷量及各评价指标成正相关关系;冷凝温度与系统蒸发器吸热量、净输出功、制冷量、引射系数和各评价指标均成负相关关系。结果表明在较高的蒸发压力和较低的冷凝温度下,各评价指标较优。     

新型梯级换热有机朗肯循环系统热力性能分析

为了充分提高低品位能源利用过程中的回收利用率,降低热源排放温度,本研究提出一种基于热源分流的新型梯级换热、梯级发电的有机朗肯循环系统。系统以地热水为热源,分析了在给定热源工况时,蒸发温度对系统性能的影响以及在不同热源工况下,采用R123、R245fa及R152a3种工质互相组合时,系统性能的变化规律。结果表明,梯级ORC(有机朗肯循环)存在最佳蒸发温度,且其性能优于单级ORC循环,在T_g=373 K时,其输出功增加59.12 k W。随热源工况变化,两级循环中最佳工质分别变化,若两级循环均在亚临界区工作,则一级循环工质临界温度越低、二级循环工质临界温度越高系统性能越好;若两级循环中存在近临界运行工况,则应选择可使系统在近临界下运行工质。根据不同运行工况,合理选择最佳工质,对提高该梯级换热ORC系统性能具有重要意义。     

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。     

有机朗肯循环发电系统利用的研究

理想发电循环系统仅与系统热源、冷源的温度相关,而实际低品位有机朗肯循环发电系统效率除与冷热源温度相关外,与工质、系统形式等因素密切相关.但是由于受到热源参数及优化目标等因素影响,尚未优选出合适的工质和系统形式.针对不同热源参数特性,研究相适应的系统形式及工质,为有机朗肯循环发电系统应用提供科学依据,是有机朗肯循环发电系统切实可用的关键.     

基于燃机余热和地热能的联合发电系统优化设计及热力性能分析

设计了一种超临界二氧化碳(S-CO₂)再压缩系统与地热双闪蒸系统相结合的新型燃机余热利用联合发电系统。基于所建联合系统参数优化模型,应用遗传算法计算分析了联合系统内部参数和边界参数对最大输出功和燃机余热利用率的影响。结果表明：通过系统参数优化,联合系统实现了余热在2个子系统中的合理分配,加深了燃机余热的进一步利用;当一级闪蒸压力取99.89 kPa、二级闪蒸压力取29.4 kPa、S-CO₂质量流量取22.68 kg/s、分流比取0.308 5时,联合系统最大净输出功达到6.402 MW,对应余热效率为67.9%;当一级闪蒸压力在90～115 kPa、二级闪蒸压力在25～35 kPa时,联合系统均可实现较高的净输出功,与最佳值的相对偏差在0.8%以内;随着S-CO₂流量或分流比逐渐增大,联合系统的净输出功均呈现先增大后减小的规律;联合系统的最大净输出功随S-CO₂透平进口压力的增大而增加,随S-CO₂透平出口压力和预冷器出口温度的增大而减小。     

利用中低温余热的回热有机朗肯循环性能分析

通过选取R227ea、R600和R141b 3种典型有机干流体作为工质,在热源流体进口温度设定为典型工业锅炉排烟温度423.15 K,冷却水进口温度和环境温度分别设定为283.15 K和293.15 K的条件下,分析蒸发温度、过热度和给水加热器出口处工质温度对回热有机朗肯循环性能的影响,比较回热有机朗肯循环与基本有机朗肯循环的性能。结果表明:随着蒸发温度的增大,循环总不可逆损失减小,循环热效率和第二定律效率增大,而循环输出净功率则先增大后减小;随着过热度的增大,循环总不可逆损失和循环输出净功率均减小,而循环热效率和第二定律效率的变化趋势则因工质而有所不同;随着给水加热器出口处工质温度的增大,循环总不可逆损失和循环输出净功率不断降低,而循环热效率和第二定律效率则先增后减;在相同工况下,回热有机朗肯循环的循环热效率和第二定律效率高于基本有机朗肯循环,但对于循环输出净功率和循环总不可逆损失,结果则相反。     

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.     

低温地热有机朗肯循环(ORC)工质选择

对低温(60～150℃)地热有机朗肯循环(ORC)系统,以净输出电功和系统能量损失作为评价指标,分析不同地热流体温度下有机工质R290,R134a,R600a,R600,R601a的做功能力,确定最佳循环工质.分析结果表明:对于湿流体工质,由于临界温度较低,当地热流体温度高于其临界温度20℃时,不存在最佳蒸发温度:对于60～80℃的地热流体,工质R601a的最大净输出电功最大;对于90～120℃的地热流体,工质R134a的最大净输出电功最大;对于125～150℃的地热流体,工质R290的净输出电功最大.这些结果为中低温地热利用提供设计依据.     

变热源有机朗肯循环系统的综合性能分析

针对120～150℃的变温热源,以(火用)效率和净现值为目标函数建立了有机朗肯循环(ORC)系统的多目标优化模型。通过帕累托解集确定权重系数,同时建立综合目标函数F_x;在给定条件下,分析了蒸发温度和热源参数对系统综合性能的影响。结果表明：R1234ze的综合性能优于R245fa和R134a;α法和帕累托解集确定的权重系数有差异,但各工质的优化指标对应的系统运行参数相似,误差不大;蒸发温度在361 K左右时,R1234ze和R134a对应的系统F_x值大小关系发生转变。     

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。