基于Matlab/Simulink的有机朗肯循环发电系统建模与仿真

以某型微燃机排出的尾气作为热源,根据热源特性和热力学基本原理,选择了环戊烷(Cyclopentane)作为循环工质,建立了整个有机朗肯循环发电系统的热力学模型,并通过M atlab/Simulink软件平台分别建立系统各部件的仿真模块,实现了有机朗肯循环发电系统的动态仿真。仿真结果表明:输入热源温度在100~300℃内,选用环戊烷作为循环工质是合理的,窄点温度及排气温度均在合理的范围内,与实际工况要求吻合;而热源温度高于300℃时,环戊烷工质则不能适应,需要对输入热源降温处理;当热源温度低于100℃时,ORC发电系统已无法正常输出有效功,系统无法正常循环运行。文中仿真分析可以为ORC系统的优化设计及实验研究提供参考。     

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。     

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。     

变工况下有机朗肯循环发电特性的实验研究

有机朗肯循环是利用中低温热源的重要技术之一。基于R245fa为工质的低温热源驱动有机朗肯循环发电系统,通过改变电加热器功率来研究其在变工况下的发电特性。结果表明：热源热量变化12%时,系统最大净发电量为7.8 kW,发电效率为8.7%;系统最小净发电量为6.9 kW,发电效率为8.26%;系统重新达到稳定状态的时间为35 ~ 45 min,相同时间内,系统对热源温度降低的响应更迅速而对热源温度升高的响应速度较慢;在此热源的改变条件下系统仍能稳定运行。     

R1234yf有机朗肯循环系统热力学性能研究

为提高有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）在中低温地热发电领域的效率,本文以R1234yf为工质,依据热力学第一定律与第二定律分析了系统单位质量热水净发电功率和系统?效率,并与目前应用广泛的R245fa工质进行了性能对比。研究结果表明,存在最佳蒸发温度和最佳冷凝温度,使得ORC发电系统单位质量热水净发电功率、?效率最大。对于热源温度为110℃ ~ 150℃的ORC发电系统,R1234yf对应的最大系统单位质量热水净发电功率和最大?效率均大于R245fa     

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。     

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。     

ORC发电系统变热源温度实验研究

为研究有机朗肯循环(ORC)热源温度变化引起的循环热效率、(火用)效率、发电效率等性能的变化情况,搭建以R245fa为循环工质的ORC发电系统实验平台。实验结果表明:热源温度的提高使循环蒸发压力、冷凝压力升高,膨胀机入口温度、压力升高,膨胀比增大,等熵效率提升,膨胀做功能力增强,系统循环热效率、(火用)效率、发电效率均增大;在冷源温度为12℃,工质流量保持恒定的情况下,热源温度从87.5℃上升至108.1℃时,循环热效率由4.1%提升到7.1%,系统(火用)效率由17.2%提升到30.0%,系统发电效率由4.1%提升到7.3%。     

烟气余热驱动复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统热力学分析

文章构建了复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统模型,并利用该模型对复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统的热力学性能进行分析,得到了高温级循环质量流量、低温级循环质量流量、冷却水质量流量、高温级循环净输出功率、低温级循环净输出功率、冷却水泵功耗和系统净输出功率等随工质摩尔组分的变化规律。分析结果表明,高温级循环蒸发泡点温度和高温级蒸发器夹点位置会影响复叠式非共沸工质有机朗肯循环各项性能参数随工质摩尔组分的变化趋势,当高温级循环混合物中环戊烷的摩尔组分为0.8,低温级循环混合物中异丁烷摩尔的组分为0.1时,复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统的净输出功率达到最大值,为92.79 kW,比复叠式纯工质有机朗肯循环系统提高了3.83%。     

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.     

非共沸混合工质ORC对低焓地热能的深度利用

以低焓地热能的深度利用为目标,用异戊烷、6种丁烷/己烷和5种异丁烷/己烷不同质量配比的二元非共沸混合物共12种物质作为亚临界ORC工质,利用窄点分析方法分析循环性能。研究表明,地热水进口温度在120~150℃时,混合工质异丁烷/己烷(0.65/0.35)的综合性能最佳,地热水出口温度最低,其输出净功率比纯工质异戊烷提高6.56~6.77倍;在150~170℃时,混合工质异丁烷/己烷(0.6/0.4)的综合性能最佳,地热水出口温度最低,其输出净功率比纯质异戊烷提高5.44~5.97倍;蒸发器和冷凝器是系统可用能损失主要部件,热源温度低时冷凝器中的可用能损失最大,但随着热源温度的升高,蒸发器的可用能损失所占比重将逐渐提高。     

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。     

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.     

烟气驱动复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统㶲分析

通过构建复叠式非共沸工质有机朗肯循环系统模型,并采用■分析方法,研究了系统■效率随工质摩尔组分的变化规律以及不同摩尔组分下,系统各部件■损失分布情况。研究结果表明:受蒸发器泡点温度与高温级蒸发器夹点位置影响,当高温级循环工质环戊烷摩尔分数为0.8,低温级循环工质异丁烷摩尔分数为0.1时,系统■效率取得最大值48.56%,比采用纯工质时相对提高了3.83%;且采用非共沸工质后,排烟损失、高温级蒸发器■损失、低温级冷凝器■损失均有显著降低。     

有机朗肯循环系统布置及参数优化对低速柴油机余热利用的影响及经济性分析

利用Aspen Plus建立计算模型,分析运行参数及系统布置形式对有机朗肯循环性能的影响,并以净输出功率和系统所需的总换热面积的比值作为经济性指标分析其经济性。结果表明:蒸发温度、蒸发压力和有机工质流量对有机朗肯循环的净输出功率均有一定的影响,其中改变有机工质流量影响最大,蒸发温度次之;综合考虑经济性和净输出功率,柴油机全负荷下系统在蒸发温度160℃、蒸发压力2.5MPa、有机工质流18kg/s时性能最优。工质流量影响最大且易控制,在不同柴油机运行工况下只需改变有机工质流量就可适应负荷变化,负荷越大回收的能量越多,其净输出功率均占柴油机主机功率的8%左右。添加内回热器使系统热效率提高2.65%,效率提高4.5%,再增加一个低温循环,净输出功率可增加94.90kW。     

混合工质组分对ORC系统性能影响实验研究

针对低品位热能的特点,利用搭建的有机物朗肯循环(ORC)系统实验装置,对采用不同组分混合工质R600a/R601a的ORC系统性能进行实验研究,获得系统和部件特性随组分的变化规律。实验结果表明:随着混合工质中的R600a组分的增大膨胀比减小,下降幅度为38.4%,涡旋膨胀机效率受R600a组分变化的影响较小,在60%附近上下波动;净发电功率、工质吸热量和蒸发过程温度滑移量都随着R600a组分的增大先增大后减小,在R600a组分为0.4处,混合工质具有最大的净发电功率、吸热量和温度滑移量,净输出功率比纯R601a高出25%。这说明非等温相变特性可以使混合工质的吸热过程更好地与热源流体的放热过程相匹配,从而提高热能利用率,增加发电功率。     

基于超临界CO2朗肯循环的太阳能光热发电系统分析

基于太阳能光热发电原理,提出加装回热系统的发电系统模型,结合朗肯循环,以超临界CO₂作为工质,系统分析进气温度、进气压力对发电系统效率的影响,研究回热系统的热经济性。结果表明：低压状态下进气压力对发电系统循环效率的影响较大,高压状态下进气温度对发电系统循环效率的影响较大;压力增大时,发电系统效率先增后减,温度增加时,发电系统效率保持增加;与无回热系统相比,加装回热系统能够明显提升发电系统循环效率;发电系统的不可逆损失随着压力的升高而降低,随着温度的升高而升高,为基于超临界CO₂朗肯循环的太阳能光热发电提供参考。     

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.     

低温地热ORC-AHT联合循环系统热力性能分析

为充分回收利用低温地热,利用第二类吸收式热泵升温原理,提出一种新型低温地热ORC-AHT联合循环发电热力系统。根据热力学第一、第二定律,建立热力学模型,编制计算程序并进行热力性能分析,结果表明:净输出功、热效率和火用效率随蒸发温度升高呈现先增加后减小的趋势,且随热源温度升高而增加。根据热力学模型设定条件,从T-Q图中可看出,与单级ORC系统相比,耦合系统可降低火用损失,提升联合系统热力性能。热源温度为373、383和393K时,耦合系统净输出功较单级ORC系统分别增加30.48%、21.9%和17.7%;热效率较单级ORC系统分别增加11.6%、7.25%和4.19%;火用效率较单级ORC系统分别增加45.45%、53.95%和60.05%。     

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.