低温抽气回热式有机朗肯循环的参数优化

以R245ca和R601作为循环工质,根据热力学第一、第二定律,研究了低温抽气回热式有机朗肯循环系统的两个参数,即抽气压力比和抽气系数对系统的影响。通过MATLAB软件结合REFPROP软件编程计算,确定不同蒸发温度下的最佳抽气压力比和抽气系数,得出对应的最大热效率和效率。     

二次抽汽回热式有机朗肯循环系统热力性能分析

以R365mfc和R245ca作为循环工质,设计了低温余热驱动的二次抽汽回热式有机朗肯循环系统。采用REFPROP 8.0制冷剂物性计算软件及MATLAB对该回热系统的热力性能进行计算,并对系统最佳抽汽压力的3种备选方案进行比较。结果表明:以冷凝器出口温度和蒸发器进口温度的3分点温度对应的饱和压力作为抽汽压力(方案3)所对应的系统热效率最高,而采用汽轮机进出口焓值等分点对应压力作为抽汽压力(方案1)所对应的系统单位工质做功能力最大;随着工质蒸汽过热度增大,系统热效率减小,但减小幅度较小,因此,二次抽汽回热式有机朗肯循环系统无需通过增加过热度来提高系统热效率。     

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。     

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。     

再热-抽汽回热-内回热结合的有机朗肯循环热力性能分析

为了提高有机朗肯循环(ORC)的热效率,提出了再热、抽汽回热和内回热3种方式相结合的新型有机朗肯循环系统(新型系统),以有机工质R245fa为研究对象,分析了新型系统热效率和火用损失与循环再热蒸汽压力和汽轮机抽汽压力的关系,并将新型系统在最佳再热蒸汽压力条件下的热力性能分别与单一再热ORC、内回热ORC、抽汽回热ORC、抽汽-内回热ORC系统进行计算比较。结果表明:随着汽轮机抽汽压力的提高,新型系统热效率逐渐增大,但增大趋势趋于平缓,其最佳再热蒸汽压力为1.4 MPa;新型系统为最优系统,其热效率达到18.86%,远高于同参数单一再热ORC和内回热ORC,分别比抽汽回热ORC和抽汽-内回热ORC的系统热效率高2.63%和1.51%。     

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。     

抽汽回热式有机工质发电系统的热力特性分析

研究了低温余热驱动的抽汽回热式有机工质朗肯循环（Organic Rankine Cycle,ORC）发电系统的性能。首先介绍了有机物朗肯循环工质的选择要求和相关性质,然后以4种环保型有机工质R123、R245fa、R600a和R134a为例,通过改变系统的特征参数如透平入口压力和温度,将抽汽回热式和普通有机工质朗肯循环进行了热力特性分析与对比。指出抽汽回热式有机工质朗肯循环系统产生的不可逆损失更少、热效率更高。     

二氧化碳动力循环在太阳能热利用的应用分析

在太阳能热利用领域,以二氧化碳为工质的动力循环主要有跨临界朗肯循环和超临界布雷顿循环。在太阳能集热器温度为200~1000℃和二氧化碳工质压力在10~40 MPa的范围内,采用MATLAB软件编程,计算和比较这两种循环的热效率。在较高温度下,随工质压力升高,两种循环热效率均增大;但在较低温度下,两种循环热效率的变化却相反;并且在一定温度以上,超临界布雷顿循环热效率总是高于跨临界朗肯循环。通过拟合得到两种循环热效率相等的关联式。结合实际条件,太阳能集热器温度为350℃以上时应采用超临界布雷顿循环;而在350℃以下,宜采用跨临界朗肯循环。     

基于传热不可逆的有机朗肯循环热力学分析

提出和定义有机朗肯循环的循环外传热过程的不可逆性参数——传热不可逆度。基于梯形循环,建立传热不可逆度及与循环性能(净功、热效率和效率)之间的理论模型与数学关系。研究循环性能与不可逆度之间的相互关系与变化规律;相比效率,不可逆度可以直接反映循环性能与传热之间的理论与量化关系。论文分析了不同参数:热源进口温度、蒸发温度、窄点温差与工质雅各布数对不可逆度的影响。存在一工质热源转折温度,当热源温度低于该工质的热源转折温度时,不可逆度具有极小值;反之,不可逆度随蒸发温度单调下降,不具有极值。研究结果表明:不可逆度理论计算与有机朗肯循环数值计算之间的相对偏差小于5%。工质雅各布数是影响不可逆度的重要因素。热源温度对不可逆度的影响明显,窄点温差的影响次之。     

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.