混合工质有机朗肯循环研究综述

在能源危机、气候变化的时代背景下,有机朗肯循环(ORC)作为一种低温余热资源利用的有效途径,得到广泛的研究及工业应用.混合工质作为该领域的研究热点,在能否提高ORC循环性能等问题上观点截然相悖.本文从工作原理、循环性能评价、工质筛选和工艺优化等方面对混合工质ORC展开分析及研究,以探究争议的核心及解决途径.研究结果表明...     

不同工质对有机朗肯循环低温余热发电系统性能的影响研究

目前有机朗肯循环低温余热发电系统的研究主要存在系统的评价指标不一、工质的可比性比较弱、不能全面地反映系统的综合性能等问题.针对90～240℃低温余热资源,从安全性、环保性、经济性和工质物性角度出发初选工质,得到R11、R123、R245fa和R365mfc等有机工质,通过MATLAB和REFPROP软件建立了该系统的数...     

低温跨临界有机朗肯循环工质筛选

反问题求解是研究有机朗肯循环发电技术用于回收低品位能源的基础,而跨临界循环能够有效优化循环中换热器内冷热流体温度的匹配,减小系统不可逆损失。综合考虑有机工质的热物性、环保性及安全性,对于423.15K 低温热源驱动的跨临界有机朗肯循环,选取 R134a、R227ea、R1234ze、R3110、RC318、R236fa 6种工质进行了计算比较。计算采用与热源耦合的反问题思路,求解出工质的运行参数,揭示出参数变化规律并对工质循环性能进行了比较。结果表明, R134a 为适合本循环系统的最优工质。     

烟气余热利用场景的非共沸混合工质有机朗肯循环发电系统性能分析EI北大核心CSCD

采用有机朗肯循环的中低温工业余热发电系统是目前实现烟气余热回收利用的主流技术之一,非共沸混合工质的变温相变特性能够有效降低换热过程的不可逆损失,拓展工质筛选范畴,从而提高系统性能。该文通过建立基于热力学与经济学的有机朗肯循环发电系统数学模型,分析采用R245fa/R134a非共沸混合工质的烟气余热利用有机朗肯循环发电系统性能,明确非共沸混合工质在系统热力学与经济学上的性能优势,考察R245fa/R134a非共沸混合工质的适用范围。结果表明,当热媒水温度低于等于160℃,非共沸混合工质净发电量高于纯工质2.6%~13.2%,生命周期净收益提高2.0%~18.8%;当热媒水温度在100~140℃、140~160℃时,分别推荐组分比例为0.8/0.2、0.9/0.1的R245fa/R134a非共沸混合物作为系统工质。研究结果可为非共沸工质在低温发电系统设计应用提供理论支撑与工程参考。     

有机朗肯循环技术在低品位余热发电系统中的应用

介绍了有机朗肯循环(ORC)技术的原理和特征,阐述回收低品位余热进行发电的ORC技术在国内外的发展现状与趋势,并以有色金属工业中电解铝工艺环节余热回收为例说明ORC发电系统主要部件的设计选型思路。     

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。     

低温余热利用——有机朗肯循环系统浅析

正从能源比例上说,我国化石能源资源丰富,其中,煤炭种类较多,且占主导地位。石油、天然气资源储量占有比例较少;对于非常规化石能源,如油页岩、煤层气等储量较多,需要进一步开发利用。各行业、各领域的余热和余压利用,是《节能中长期发展专项规划》中的重点节能工程之一,传统发电技术目前无法利用这些低温热能,由于低温热能无法有效利用造成巨大浪费。因此低温余热如何利用,是亟待解决的问题。     

梯级换热有机朗肯循环发电系统热力性能分析

为了充分提高低品位热源回收利用率,降低热源排放温度,本文提出了一种基于有机朗肯循环(ORC)的梯级换热发电系统。系统以地热水为热源,以循环净功率为目标函数,根据热力学第一、第二定律,采用MATLAB软件调用REFPROP编制计算程序进行参数优化,以非共沸混合物作为循环工质对系统进行热力性能分析,并与基本ORC发电系统性能进行比较。结果表明:在最优工况下,基于ORC梯级换热发电系统可有效减小工质与热源在换热过程中的平均换热温差,减少换热不可逆损失,并降低了热源排放温度,提高了热源使用率;在所选工质中,基于ORC梯级换热发电系统热力性能均优于基本ORC发电系统,循环净功率和?效率最大可提高16.07%;选择R601/R236ea为工质时,基于ORC梯级换热发电系统性能最佳。     

槽式太阳能有机朗肯循环发电系统的模拟研究

把槽式太阳能集热器与有机朗肯循环系统相结合,模拟槽式太阳能集热器的相关参数对发电系统的影响。建立了槽式太阳能有机朗肯循环系统的数学模型和系统各部件的计算模型,采用VB软件对循环系统整体进行模拟。分析了系统整体效率和膨胀机输出功受太阳直射辐射强度、导热流体入口流体温升和入口速度的影响。模拟发现,当集热器入口和出口温度固定时,系统存在最佳流速,最佳流速与太阳直射辐射强度和入口温度都有关。     

基于进化算法的有机朗肯循环优化设计

建立有机朗肯循环热力分析模型,对采用R134a为工质,以某水泥窑废气为低品质热源的有机朗肯循环进行了系统性能分析。基于NSGA-II算法,发展了有机郎肯循环性能优化设计方法,以循环净输出功率为目标进行了优化设计。     

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。     

大容量地热有机朗肯循环发电机组配置研究

地热发电是地热能利用的最重要方式之一,目前我国地热发电装机容量较小,技术发展缓慢,未能满足可再生能源多样化、平衡发展的要求。以某地热电站二期项目为例,通过对地热资源品质分析,建立大容量有机工质朗肯循环发电系统模型,对发电机组配置进行研究,并对系统性能进行预测分析。当室外温度为0℃时,机组可满负荷17.6 MW运行,室外温度小于0℃时,最高发电功率可达19 MW以上。     

分布式小型有机朗肯循环运行特性实验

针对分布式能源系统中可利用热源的温度和流量频繁波动的特点,测试了kW级有机朗肯循环原型机组在110~150 ℃波动热源下的运行性能和以工质流量与膨胀机转速为控制变量的多工况运行能力。结果表明,通过调节工质流量可以在相对平稳的热效率下实现对机组输出功率的有效控制。机组输出功率随热源温度变化剧烈,但随热源流量变化规律不一:小工质流量下,换热面积冗余较多,热源流量的变化对机组性能的影响可以忽略;随着工质流量的提高,热源流量的影响逐渐凸显,表现为机组性能随工质流量下降而明显降低。机组在热源温度150 ℃下获得最大输出功约4 kW,最大热效率6.0%。     

基于太阳能的有机朗肯循环低温发电工质的选择

有机朗肯循环采用有机物代替水作为循环工质,在回收低品位热能方面具有很大的优势.工质的特性是影响有机郎肯循环系统性能的重要因素之一,有机工质的选择应该满足环保性、安全性及热物性等方面的要求.选取了R600,R600a,R245fa,R236fa,R236ea,R601,R601a,RC318,R227ea作为循环工质,在...     

基于吉布斯自由能变的非共沸混合工质有机朗肯循环热力性能分析

吉布斯自由能变(ΔG)可以度量系统对外界所做的最大非膨胀功,为研究非共沸有机朗肯循环热力性能与确定最佳混合工质组分比提供判据。文中将ΔG引入有机朗肯循环一般性热力学模型,推导出功、热量与ΔG的关系式。采用R245fa/R227ea非共沸混合工质,利用Aspen Plus软件模拟计算每个热力过程的ΔG,度量非共沸混合工质的做功能力,确定最佳混合工质组分比,并可算出循环过程中吸热量、净输出功等值。模拟结果对比分析得出:利用推导的ΔG公式计算出的功、热效率等变化规律与参考文献一致,计算误差在允许范围内。吸热过程的ΔG_e最大值可作为确定最大热效率的非共沸混合工质组分比的依据;膨胀过程的ΔG_t最大值可作为筛选出最大输出功的非共沸混合工质组分比的依据。ΔG_e在R245fa质量分数为0.589时最大,此时获得最大热效率为7.514%;ΔG_t在R245fa质量分数为0.493时最大,此时获得最大净输出功为4.176 kW。     

低温再热式有机朗肯循环的参数优化

以R601和R245ca作为循环工质,根据热力学第一定律和第二定律,研究了再热压力比对低温再热式有机朗肯循环(ORC)系统的影响.通过MATLAB和REF-PROP软件编程计算,以系统净功量为目标函数,确定系统的最佳再热压力比.分析结果表明,随着蒸发温度的升高,再热压力比逐渐减小,净功量逐渐增加,热效率逐渐升高,(火用)效率逐渐减小,净功量的增加幅度大于热效率.在实际应用中,应根据工质及蒸发温度确定最佳参数,从而确定再热式有机朗肯循环的最大净功量.     

有机朗肯循环膨胀机的研究进展和应用现状

能源需求的持续增长和环境问题要求越来越多地利用可持续能源,有机朗肯循环(ORC)由于其能够有效利用低温热能、提高能源利用效率、减少二氧化碳排放等优点,逐渐成为关注热点。膨胀机是ORC系统的核心部件,对系统的发电效率、可靠性和经济性等影响较大。本文总结了用于低品位能源利用ORC的各种膨胀机类型,并对其工作原理、技术特点、研究进展和应用现状进行了分析。结果表明:综合考虑其性能效率,透平膨胀机适用于50 kW的余热利用系统,容积式膨胀机在200 kW的ORC系统中有明显优势,螺杆膨胀机适宜500kW的ORC系统,其他机型目前实验研究较多,应用较少;膨胀机的选择不仅需要考虑其效率高低,还需要考虑其适用范围、经济性、复杂程度和后期维修成本等因素。     

耦合有机朗肯循环的液化空气储能系统优化

储能是解决风能和太阳能等可再生能源发电间歇性和不稳定性的重要技术途径。针对常规液化空气储能系统循环效率较低的问题,引入有机朗肯循环以利用空气液化阶段产生的压缩热。构建耦合有机朗肯循环的液化空气储能系统,以系统循环效率和空气释能发电阶段㶲效率为目标函数,以压缩机组出口压力、低温泵出口压力、冷箱窄点温差和换热器效能为决策变量,运用非劣分类遗传算法NSGA-Ⅱ进行多目标优化。绘制Pareto最优前沿曲线,采用TOPSIS优选法,得到贴近度最大的系统最优设计方案,与之对应的系统循环效率为62.75%。