有机朗肯循环工质研究进展

有机朗肯循环是回收低品位热能的有效技术途径,而其所采用的有机工质是影响循环性能的关键因素之一.在简要介绍有机朗肯循环的组成以及理想有机工质的特征之后,针对利用工业余热、地热、太阳能和生物质能以及液化天然气冷能回收等五个方面,介绍了目前有机朗肯循环工质的研究进展.最后,在分析存在问题的基础上,讨论了今后仍需努力的研究方向.     

低温有机朗肯循环的工质选择及系统性能分析

选取R123,R141b,R245ca,R245fa,R601,R601a作为有机朗肯循环的工质,在不同蒸发温度条件下,对其热力循环特性进行了计算分析,以热力学第一定律和第二定律为基础进行了比较.结果表明,R141b是适合本循环系统的最佳工质.同时还研究了汽轮机进口温度和进口压力对该系统的净功量、吸热量及热效率的影响.     

太阳能驱动有机朗肯循环的工质比较

针对太阳能热水和其它低品位热能的动力利用,研究了工作在100℃供热温度和30℃冷凝温度之间的有机朗肯循环工质的优化选择,以满足较高的循环效率、较大的机械能输出、较小的排气量需求等要求。工质模型采用RKS状态方程,针对R22在-30～95℃温度区间内,计算结果与ASHRAE20-2005数据比较,除液相密度外,其它的热力学参数计算绝对误差小于5%,满足工程模拟要求。利用RKS模型,文中分析了19种有机工质的动力循环参数,发现工质R11的热力学性能系数最高。结合GWP和ODP环境指标,发现R142b、Rc318与R600适合于低温朗肯循环。     

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.     

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。     

低温余热有机朗肯循环发电系统工质选择

对有机朗肯循环系统工质的优化选择已逐渐从单一优化目标向多目标发展,但所选的优化目标及优化方法普遍存在主观性较强的问题.针对上述问题,从环保性、安全性等方面对工质进行初选,得到了R123、R245fa、R245ca和R601等9种工质,然后采用主成分分析法对工质的热效率、循环净功和不可逆损失等7个热力性能指标进行了分析计算,得到了两个较为客观的综合评价指标,并在不同蒸发温度下对工质的综合热力性能进行了分析.结果表明:R601做功能力较强,综合效率较高,是该循环系统较为理想的工质.     

浅谈太阳能低温有机朗肯循环

叙述了太阳能低温有机肯循环技术,该技术解决了如何高效的收集太阳能的问题,同时相关设备易于制造成本较低,具有很高的应用价值和前景。     

我国太阳能有机朗肯循环研究现状

太阳能具有易转化为低温热源的特性,而有机朗肯循环是利用低温热源或工业余热发电的理想方式,两者相结合形成基于太阳能的有机朗肯循环发电技术。综述了我国光热太阳能发电技术和市场现状以及针对有机朗肯循环的研究现状。经分析发现,目前研究中理论分析或计算机模拟较多,缺乏实际应用的验证。论述了有机朗肯循环工质的选择、循环性能分析方法以及所面临的问题和改善方法。     

耦合跨临界有机朗肯循环和蒸气压缩制冷循环系统经济性分析

提出了一种由烟气余热驱动的耦合跨临界有机朗肯循环(TORC)和蒸气压缩制冷循环(VCR)的冷电联产复合系统(PRCS),并以年净利润为评价指标、分别以R22、R134a和R290为循环工质对该复合系统进行了经济性分析。结果表明:在一定热源条件下,随着膨胀机进口压力的提高,年净利润先增大、后减小。当烟气温度较低、冷量需求不大时,采用R134a工质的系统年净利润最大;当烟气温度较高、冷量需求较大时,则R22更具优势。提高烟气进口温度和冷媒水出口温度、降低工质冷凝温度都可以有效提高系统经济性。     

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。     

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。     

有机朗肯循环在低温余热利用领域的应用分析

本文计算比较了 R134a,R245fa,R141b三种典型有机工质在特定传热条件下的朗肯循环热效率情况,最后选择R134a作为系统循环工质.以某化工厂温度为105℃的排空蒸汽余热为案例,提出了有机工质朗肯循环的简化模型,并且在理论上对其进行了热效率和火用效率的分析.依据条件通过计算选择了压比为4的螺杆膨胀机代替了传统...     

R245fa作为有机朗肯循环工质的材料相容性研究

对于可再生能源和工业余热资源,有机朗肯循环技术(organic Rankine cycle,ORC)被认为是一种高效的能源回收利用技术。其中R245fa因为其自身良好的环保性以及热力性能,被认为是一种具有良好应用前景的ORC工质。对于ORC系统来说,工质的材料相容性是保证系统稳定运行的基础。针对ORC系统实际工况,确定部件、温度、材料等因素的对应关系,提出一套适用于ORC工质材料相容性研究的实验方法,并以R245fa为例开展了实验研究。实验结果表明,在高温条件下,304不锈钢与R245fa的相容性要优于铜材料;同时在橡胶密封材料的选择上,不建议使用氟橡胶,且三元乙丙橡胶的相容性要优于聚四氟乙烯。     

低品位热能驱动有机朗肯循环的变工况特性

构建有机朗肯循环变工况分析模型,研究热源条件对系统变工况性能的影响规律。结果表明:随着热源温度升高,系统的最佳蒸发压力线性增大,而涡旋膨胀机的等熵效率逐渐减小。相比额定工况,热源温度变化-30.0K与30.0K时,净输出功率变化了-32.4%与18.4%,热效率降低了4.0%与11.4%,热回收效率变化幅度分别为-9.8%及8.9%;当热源温度从423增大至483K时,系统不可逆损失的变化率为-37.1%与45.5%,火用效率的变化率为6.7%与-17.5%。相比热源流量,热源温度对系统变工况性能的影响更大。     

不同太阳能利用区有机朗肯循环工质的选择

为太阳能有机朗肯循环系统(organic Rankine cycle,ORC)合理选择工质需要综合考虑太阳能辐射强度和环境温度的影响。基于建筑热工设计分区和太阳能资源区划标准,将我国分为了11个太阳能利用区。利用太阳能ORC热力学能量流通数学模型,以太阳能ORC系统典型月平均热发电效率最高为原则,为太阳能ORC系统绘制出推荐的工质地图。     

有机朗肯循环的研究进展

有机朗肯循环是一种被认为能有效利用低温热能的技术。科研工作者在不同方面（包括工质、膨胀机、换热器的影响、系统的优化）对有机朗肯循环系统效率的影响进行了大量的研究。本文针对不同热源的工质筛选、膨胀机的特点、系统循环优化以及换热器的影响方面进行了讨论和总结,为有机朗肯循环系统的实际应用提供参考。     

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...     

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。     

低温太阳能热力发电有机朗肯循环工质的选择

为了筛选出适宜于低温太阳能热力发电有机朗肯循环的工质,根据 PR 状态方程计算和分析了采用 11 种低沸点有机流体工质的低温太阳能发电朗肯循环的热力性能.结果表明:随着工质临界温度的升高,有机透平进口处的最大蒸发压力基本呈下降趋势;在凝结温度与有机透平进口温度一定的情况下,临界温度越高的流体,其循环热效率越高;使用正已烷和正戊烷能获得较高的循环热效率,凝汽器中的凝结压力比较适中,是比较适合用作低温太阳能热力发电有机朗肯循环的工质.