热源温度和流量对有机朗肯循环系统运行特性影响的实验研究

针对地热、太阳能集热等中低温热源驱动有机朗肯循环（organic rankine cycle,ORC）分 布式发电系统的多工况运行需求,测试了采用R245fa工质的4 kW级ORC实验机组在热源温度和流量变化条件下的多工况动态/稳态运行特性。结果表明:在换热器面积冗余较大,热源温降较小的情况下,热源温度变化对膨胀机进出口温压参数和机组输出功率的影响更显著,而热源流量变化的影响可以忽略;相对于热源流量变化,热源温度调整后ORC机组的趋稳时间较长;ORC机组输出功对热源温度和工质流量变化敏感,测试工况范围内,在热源温度150 ℃时获得最大输出功约3 800 W,最大热效率5.12%。     

热-重力驱动的新型无泵ORC系统性能实验研究EI北大核心CSCD

该文设计搭建一套基于热-重力驱动的新型无泵有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统,该系统基于对两个罐体以及配套阀门组的切换控制,可替代电驱动工质泵增压与输送工质的功能。针对该系统在热源入口温度为106.3~127.9℃,冷却水温度为20℃的条件下的性能进行实验研究。实验结果表明:系统的压力和温度等参数随时间出现周期性波动,系统净输出功率和效率随热源温度的增大而增加。当热源入口温度为127.9℃时,此时蒸发温度为52.0℃,最大平均输出功率为104.3W,最大热效率和最大?效率分别为2.6%和13.0%。该系统在输出功率的连续性与稳定性方面有明显改善,与现有无泵ORC系统相比,输出功率波动幅度相对下降了80.6%。     

高压调温水余热有机朗肯循环发电系统研究及工程应用

以流量为130 t/h、温度为130 ℃的尿素装置高压调温水（高调水）为研究对象,基于有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统建立模型,采用R245fa、R600a和R236ea作为循环工质,分别在蒸发温度95~115 ℃,冷凝温度26~34 ℃,过热度0~20 ℃条件下对其系统性能进行模拟研究。结果表明:在相同的模拟条件下,R245fa的循环热效率最高,净输出功最大;R600a的净输出功最小,但是比净功最大;R236ea的循环热效率最低,比净功最小。依据模型研究结果,综合考虑了热力学性能、安全性及环保性,选择以R245fa为循环工质,设计并建设了高调水余热ORC发电机组。实际运行结果显示:机组的循环热效率和净输出功随着环境温度的影响较大,在冬季环境温度为5.4 ℃时,机组循环热效率达到10.78%,净输出功为221.40 kW;而夏季环境温度为30.3 ℃时,机组的循环热效率为9.06%,净输出功仅有190.5 kW。     

地热能有机朗肯循环发电系统性能分析

针对中低温地热能发电,建立基于蒸发器夹点温差位置的有机朗肯循环(ORC)系统性能分析模型。以R245fa、R290和R600a工质为例,计算并分析了在不同蒸发器热源侧出口温度下,系统输出功率、单位面积的输出功率、蒸发压力、热效率和火用效率随蒸发器热源侧出口温度的变化规律,以及不同工质的最佳运行工况。研究结果表明:随着热源出口水温的升高,存在一个最佳蒸发器热源侧出口温度,使得循环的输出功率和有回热装置时的单位面积输出功率最大;对于≤135℃的地热能,更适用于亚临界ORC;回热器的加入可增加系统循环效率,但其对循环最优蒸发压力几乎无影响。     

基于生物质气的100kW微型燃气轮机建模与控制研究

为了研究扰动对微型燃气轮机运行性能的影响,搭建了以生物质气为燃料的微型燃气轮机的整体动态仿真及控制模型,分析环境温度、负荷等变化对微型燃气轮机运行状况的影响及研究控制系统的动态响应.研究结果表明,环境温度由15℃阶跃升至25℃时,机组输出功率以及热效率降低,在控制系统的调节作用下,增加了燃料流量的输入,系统调整到新的稳定状态,在新稳定状态下的热效率相对降低了3.09％;负荷阶跃升20％负荷时,转速降低,机组输出功率及热效率增大,在控制系统的作用下,燃料流量增加,转速回归,系统达到新的平衡,热效率相对增加了5％;当负荷阶跃降20％负荷时,转速升高,机组输出功率与热效率会减小,在控制系统的作用下,燃料流量减小,转速回归到稳定值,系统到达新的稳定状态,热效率相对减小了8.03％.     

工质对低温蒸汽闪蒸–双工质联合循环性能的影响

为获得不同工质对新型双工质-闪蒸-双工质联合循环系统热力性能的影响规律及确定系统最佳工质,以流量27.8 kg/s,383.15 K的饱和蒸汽为热源,针对5种低沸点有机工质,以热力学第一、二定律为基础,编制计算程序,将不同工质对该联合循环系统热力性能的影响进行了对比分析。研究结果表明:在具有潜热的高压级双工质阶段,采用不同工质系统净输出功和热效率随蒸发压力增加均呈现出逐渐增加,增幅减小的趋势,热力性能表现为R600R236faR114R245faR123;对于不同温度热水热源,净输出功则表现出随蒸发压力的提高先增加后减小的特点,在汽轮机背压一定时,工质的沸点越低,其热力性能越好,热力性能表现为R236faR600R114R245faR123;在高压级、低压级双工质阶段分别采用R600,R236fa作为工质时,该联合循环系统取得最大净输出功6 466.1 kW、最大热效率9.46%和最小火用损失9 511.5 kW。     

双流体有机朗肯循环系统热力性能分析

为提高有机朗肯循环(ORC)的净输出功率和热效率,提出了双流体有机朗肯循环系统;选择高温循环工质R245fa分别与3种低温循环工质R134a,R152a和R236fa进行组合;采用REFPROP及MATLAB软件进行计算,比较3种组合方式下系统的热力性能。结果表明:高、低温循环工质分别为R245fa和R152a时,系统热力性能优于其他2种组合方案,其所对应系统的最大净输出功率、热效率、火用效率分别为35kW,7.67%和62.53%,高温蒸发温度为417K;系统净输出功率的变化幅度大于热效率和火用效率;系统净输出功率随低温蒸发温度的升高而增大;过热度对系统热力性能的影响较小,说明无需增加过热度来优化系统。     

采用涡旋膨胀机的低品位热能有机物朗肯循环发电系统实验研究

有机物朗肯循环(organic rankine cycle,ORC)的主要优点在于回收中低品位热能发电时的高效、环境友好、压力适宜等.文中对有机物朗肯循环进行了实验研究.实验装置采用涡旋式膨胀机,以R600a为工质,膨胀机最大输出电功率0.74 kW,最大第一定律效率2.4%.实验发现膨胀机最高转速为4589r/min:根据膨胀机输出功率随工质泵频率及热源温度的变化情况,发现工质泵频率存在一个最佳值,使得系统输出功率最大.循环第一定律效率随着蒸发压力的增加也存在最大值,其原因是由于较高压力和流量下膨胀机入口存在汽液两相现象.通过对ORC的实验研究,认为涡旋式膨胀机在中小型低品位热能ORC系统中具有非常大的优势,ORC系统有机物工质的流量和蒸发压力与低品位热能热源的匹配,是提高ORC系统性能的一个重要设计方法.     

单工质低温余热发电循环性能分析

为了提高能源利用的高效性和经济性,推进有机朗肯循环系统在低温余热发电领域的应用。通过建立热力学模型,并用Matlab软件进行编程,调用NIST Refprop数据库,选取六氟丙烷作为循环工质,模拟分析有机朗肯循环系统各方面性能。在采用循环输出功率、㶲效率和热效率等热力学指标研究系统热力性能的基础上,分别采用换热面积和CO₂年减排量作为评价系统经济性能和环保性能的指标。研究结果表明：单变量时,在冷凝压力为150 kPa时能保证系统性能达到最佳。多变量时,热源温度提高会使经济性能大幅度降低,而系统的热力性能和环保性能有所提高,综合考虑可取热源温度为155 ℃~185 ℃;当系统各性能分别保证最佳时,蒸发压力随热源温度呈现不同形式的变化,但始终不超过3350 kPa。     

基于分液冷凝采用R600a/R601a混合物有机闪蒸循环性能分析

建立分液冷凝有机闪蒸循环(liquid-separation condensation organic flash cycle,LSOFC)的热力学模型,采用R600a/R601a为循环工质。研究热源温度为100～150℃时,摩尔组分对LSOFC系统不分液情况下净输出功率以及单位输出功率所需总的换热面积(Aper)的影响。同时在系统净输出功率最大的情况下,探讨了热源温度150℃时,分液干度以及摩尔组分对LSOFC系统净输出功率以及Aper的影响规律。并对LSOFC系统分液与不分液时Aper进行比较。结果表明,与R600a和R601a相比,热源温度为100、110～130、140℃和150℃,且R600a/R601a混合物摩尔组分分别为0.2/0.8、0.1/0.9、0.9/0.1及0.7/0.3时,LSOFC系统的净输出功率最大,且一般情况下,采用分液冷凝可有效减少系统的Aper。当热源温度为150℃,R601a摩尔组分为0.9时,分液冷凝系统的Aper相对于不分液情况最大减少了23.33%,只有当热源温度为100℃,R601a摩尔组分为0.5、0.6及0.7时,采用分液冷凝系统的Ap...