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。     

石灰窑有机朗肯循环余热发电系统的比较研究

以2×500 t/d石灰窑烟气为对象,应用已运行的有机朗肯循环余热发电机组,在相同热源参数条件下,余热发电系统分别采用有机朗肯循环(ORC)系统和水蒸气与有机工质联合循环(S-ORC)系统进行模拟计算,对比分析2种循环系统的工艺特点及性能评价指标。结果表明:在相同热源参数条件下,S-ORC系统各项性能指标优于ORC系统,但S-ORC系统更复杂,运行检修工作量大,造价较高。     

烟厂锅炉烟气余热发电系统变工况性能模拟研究

利用有机朗肯循环发电技术回收利用烟厂锅炉烟气余热资源,既有助于解决节约能耗问题,又能有效减少环境污染,具有十分重要的现实意义。以R245fa(五氟丙烷)作为有机朗肯发电系统的循环工质,模拟分析了烟气入口温度、蒸发温度、凝结温度及工质流量变工况条件下对有机朗肯发电系统的影响。结果表明:系统发电效率随烟气入口温度变化存在最大值,当烟气入口温度为300℃时,系统发电效率的最大值为15.61%。开展此项研究对有机朗肯循环在烟厂锅炉烟气余热发电领域的应用具有一定的指导意义。     

车用柴油机-有机朗肯循环联合系统的设计及分析

针对一台车用柴油机全工况范围内排气能量的变化规律,设计了一套有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)余热回收系统,进而与车用柴油机耦合形成了车用柴油机-有机朗肯循环联合系统。ORC余热回收系统采用非共沸混合工质R416A,以高效回收柴油机的排气能量。采用螺杆膨胀机作为有机朗肯循环系统的动力输出部件,通过试验测试确定螺杆膨胀机的最优工况点(进气压力1.7MPa、膨胀比8、等熵效率0.65),进而设定有机朗肯循环系统的最优运行参数。研究结果表明:加装有机朗肯循环系统后,与原柴油机相比,车用柴油机-有机朗肯循环联合系统的输出功率最大提升了30.6kW,热效率最大提升了10.99%,余热回收效率最高可达10.61%,有效燃油消耗率最大降低了35g/(kW·h)。     

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。     

基于有机朗肯循环低温余热利用研究

文章应用PR方程编制了有机工质热物性计算程序,对多种有机工质的朗肯循环进行了热力计算,研究了各主要参数对朗肯循环性能影响的规律。在给定余热条件下,采用模拟退火算法对循环的主要参数进行优化,得出了整个循环在净输出功率最大时的最优参数值,并比较了以R236fa为工质的有机朗肯循环和常规朗肯循环的对外做功能力。     

有机朗肯循环余热回收技术

正据《Motor Ship》2014年4月刊报道,法国Enertime公司已经研制了余热回收和发电用的船用有机朗肯循环系统,最多能使燃料消耗减少10%。与蒸汽动力循环一样,有机朗肯循环系统利用热量蒸发流体。产生的蒸汽在涡轮内膨胀,产生机械能。后然该流体(Enertime所采用流体是HFC-24fa)冷凝并泵入闭式循环。有机朗肯循环和蒸汽动力循环的主要差别是其使用具有较低沸点的有机流体,从而能够利用更低温度的热源。     

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。     

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.     

涡卷热马达余热利用发电技术

以涡卷热马达作为发电系统的动力机构,利用低品位能源（烟气余热废热）驱动有机朗肯循环的热发电技术背景、工作原理、系统构成和应用前景。     

有机工质余热发电技术的研究进展及其应用前景

工业余热、太阳能热、地热、生物质能、海洋温差等都是低品位热源,有机朗肯循环(ORC)可以有效提高低品位热源的利用效率。提高ORC效率的关键是根据应用对象的特点选择合适的有机工质,国内外学者对各种领域内应用的ORC工质进行了大量深入的工作,并且取得很多成果,我国低温余热资源十分丰富,而能源利用率却不高,采用ORC提高能源回收以及利用率,在我国各行各业在都有着广阔的应用前景。     

有机朗肯循环回收直接空冷机组排气余热系统的热力性能研究

空冷机组汽机排汽热损失巨大,而有机朗肯循环是利用中低温热源的重要技术之一。提出采用有机朗肯循环回收空冷机组汽轮机排汽余热的技术方案,建立空冷机组和有机朗肯循环的物理模型,编制有机朗肯循环回收空冷机组汽轮机排汽余热技术的模拟程序,并将模拟计算结果与厂家提供的某型号有机朗肯循环机组的性能数据进行对比。以内蒙古锡林郭勒盟某典型600 MW机组为对象,探究汽机乏汽温度、环境温度、ORC机组过热度等关键参数变化对系统热力性能的影响规律。结果表明,ORC机组净出功和ORC机组热效率随着汽机乏汽温度的升高而增大,而随着环境温度和ORC机组过热度的增大而减小。     

柴油机废热利用的ORC系统特性研究

以柴油发动机缸套水和尾气废热为热源,设计开发了有机郎肯循环ORC的热力循环系统及发电装置。在该系统中,采用R245fa作为循环工质,以板式蒸发器和冷凝器作为工质相变的换热元件,机械能与电能转化。ORC系统测试结果表明,在ORC系统和发动机长时间稳定运行,稳定发电量14.4kW,发电效率7.2%;净发电量12.45kW,净发电效率6.25%。在保持发动机稳定运行和冷却水全部进行大循环的前提下,发动机出水温度降低,有利于总发电量和净发电量的提升。     

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。     

Parametric optimization and performance analysis of a waste heat recovery system using Organic Rankine Cycle

Parametric optimization and performance analysis of a waste heat recovery system based on Organic Rankine Cycle, using R-12, R-123 and R-134a as working fluids for power generation have been studied. The cycles are compared with heat source as waste heat of flue gas at 140 °C and 312 Kg/s/unit mass flow rate at the exhaust of ID fans for 4 × 210 MW, NTPC Ltd. Kahalgaon, India. Optimization of turbine inlet pressure for maximum work and efficiencies of the system along the saturated vapour line and isobaric superheating at different pressures has been carried out for the selected fluids. The results show that R-123 has the maximum work output and efficiencies among all the selected fluids. The Carnot efficiency for R-123 at corrected pressure evaluated under similar conditions is close to the actual efficiency. It can generate 19.09 MW with a mass flow rate of 341.16 Kg/s having a pinch point of 5 °C, First law efficiency of 25.30% and the Second law efficiency of 64.40%. Hence selection of an Organic Rankine Cycle with R-123 as working fluid appears to be a choice system for utilizing low-grade heat sources for power generation.     

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。     

我国工业余热回收利用技术综述

节能减排主要依靠工业领域,工业余热利用是重要内容.本文从余热利用过程能量转换情况角度,概述了国内用于余热利用的热交换技术、热功转换余热发电技术及余热制冷制热技术及其设备的技术特点及应用概况,分析了工业余热利用中的存在的问题,认为需进一步推广余热锅妒及低温汽轮机余热发电技术,提高中高温余热的利用率,需要强化研究并掌握有机...     

Efficiency optimization potential in supercritical Organic Rankine Cycles

Nowadays, the use of Organic Rankine Cycle (ORC) in decentralised applications is linked with the fact that this process allows the use of low temperature heat sources and offers an advantageous efficiency in small-scale concepts. Many state-of-the-art and innovative applications can successfully use the ORC process. In this process, according to the heat source level, special attention must be drawn to the choice of the appropriate working fluid, which is a factor that affects the thermal and exergetic efficiency of the cycle. The investigation of supercritical parameters of various working fluids in ORC applications seems to bring promising results concerning the efficiency of the application.     

A Review of Modeling Approaches and Tools for the Off-design Simulation of Organic Rankine Cycle

Organic Rankine Cycles(ORCs) are an effective way to produce electricity from low-grade heat sources, which cannot be effectively obtained using conventional high-temperature Rankine cycles. Due to the lack of available information regarding the real Organic Rankine Cycle units on industrial level, off-design simulation under diversified operating conditions plays a significant role for both the system performance prediction and control strategy design. This paper summarizes the theoretical basis, modeling approaches and tools for ORC off-design simulations. Firstly, a review was conducted on the individual state-of-the-art convective heat transfer correlations and void fraction models. Secondly, different kinds of modeling approaches and simulation tools were proposed, highlighting their relevant characteristics, and were categorized for their specific applications. Moreover, an in-depth analysis of technical challenges related to various applications and focusing on the model accuracy and complexity, computational efficiency, as well as the model compatibility were extensively described and discussed. Finally, the current research trends in this field and the development for further investigations were presented.