应用热力学分析方法与AHP_熵值法对ORC的工质比较及优化

选取4种有机工质R245fa、R123、R600和R141b做为循环工质,采用火用分析方法在烟气入口温度为150℃、出口温度为75℃的条件下,在蒸发温度为80-140℃范围内对4种有机工质的亚临界有机朗肯循环进行分析,发现系统各设备的火用效率、系统总的火用效率、热效率、净输出功随蒸发温度的升高而升高,火用损失随蒸发温度的升高而降低。当蒸发温度达到140℃时,系统各设备的火用效率、系统总的火用效率、热效率、净输出功均达到最大值,而火用损失达到最小值。因此,4种有机工质蒸发温度在80-140℃范围内的最佳蒸发温度都为140℃,且4种工质中R141b的有机朗肯循环系统各设备的火用效率、系统总的火用效率、热效率、净输出功最大,火用损失最少,所以R141b为该系统的最适合工质,R123、R600和R245fa依次次之。以系统总火用损失、热效率、火用效率和净输出功为评价指标,采用层次分析法(The Analytic Hierarchy Process,AHP),通过熵值法确定权重因子,得到R600和R245fa的综合评价指标ξ,发现R600比R245fa更优。     

不同工况下非共沸混合工质有机朗肯循环系统性能研究

采用MATLAB软件模拟非共沸混合工质在不同冷热源条件下对有机朗肯循环(ORC)系统性能的影响。选取R245fa/R1234ze和R245fa/R600a作为混合工质,热源温度取120和200℃,分别在冷凝露点温度为40℃和冷却水温升为5,10,15℃的工况条件下,利用热力学第一定律和火积理论对系统性能进行分析。结果表明：热源温度为200℃时,R245fa, R1234ze和R600a系统净输出功率分别为89.83,61.87和77.74 kW,使用R245fa系统性能优于其混合工质;热源温度为120℃、固定冷凝露点温度时,混合工质R245fa/R600a(90%∶10%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了27.6%和27%,R245fa/R1234ze(60%∶40%)净输出功率比R245fa和R600a分别提高了26%和20.5%;火积耗散和单位面积做功量与净输出功率变化相反,提高冷却水温升时,增大了系统火积耗散,且流向环境中的火积耗散在总火积耗散中占比增大,导致系统的传热不可逆损失增加。     

非共沸工质与纯工质在ORC系统中的特性比较研究

工质的特性是影响ORC(有机朗肯循环)系统性能的重要因素之一。建立了65~100℃低温地热水有机朗肯循环发电系统数学模型,将R245fa分别与R601a和R227ea以不同比例混合作为ORC系统的工质,比较了非共沸混合物和纯物质两类工质对ORC系统循环净功、热效率和火用效率的影响。研究结果表明:无论是纯工质还是非共沸工质,系统的循环净功、热效率和火用效率都随着热源温度的升高而增大。工质在相变过程中是否存在温度滑移,是影响ORC系统性能的重要因素之一。在65~100℃的热源条件下,综合考虑3个评价指标,当R245fa配比为0.1~0.7时,R245fa/R601a混合物的循环净功、热效率和火用效率分别提升0.012~2.48 k W、0.005%~1.15%和0.08%~10.7%;当R245fa配比为0.5~0.9时,R245fa/R227ea混合物的循环净功、热效率和火用效率分别提升0.049~4.25 k W、0.057%~1.75%和0.21%~16.1%。     

有机朗肯循环与再热式循环低温热源发电系统热力性能研究

针对120℃以下的低温余热热源,探讨了基本有机郎肯循环发电系统和再热式有机朗肯循环发电系统模型的基本原理.从热力学第一定律角度出发,研究了纯工质R245fa和非共沸混合工质R21/R245fa在基本有机郎肯循环系统中,以及纯工质R245fa在再热式有机郎肯循环系统中,三种形式的有机郎肯循环系统热力性能随蒸发温度的变化情况.与纯工质基本有机郎肯循环系统相比,再热式有机郎肯循环最大可提高系统净输出功7.08％,而混合工质对提高整个系统热力性能具有较大的优势,净输出功和热效率最大可提高4.67％和2.91％.     

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。     

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。     

亚临界有机朗肯循环系统的热经济分析与优化

以系统发电成本(electricity production cost,EPC)为评价指标,对用于回收工业锅炉烟气余热的有机朗肯循环(ORC)系统进行了热经济分析与优化。结果表明,随着蒸发器和冷凝器节点温差的增大,系统发电成本先减小、再增大,即存在一组最优的蒸发器和冷凝器节点温差使发电成本最小。分别以纯工质R245fa和R236ea、非共沸混合工质R141b/RC318和乙烷/丁烷为循环工质,得到了最小发电成本时有机朗肯循环系统的最优工作参数,以及对应的系统净输出功、热效率和火用效率。     

太阳能超临界有机朗肯循环的工质选择和性能分析

选取R123、R134a、R152a、R22和R245fa 5种有机工质作为候选工质进行太阳能超临界有机朗肯循环的计算和分析。结果表明:当膨胀机出口工质过热度一定时,太阳能超临界有机朗肯循环的热效率高于亚临界工况,且R123在系统热效率方面表现出比其他工质更加明显的优势,是一种较理想的有机工质。以R123为例,蒸发器出口温度一定时,随着蒸发压力的升高,有机朗肯循环的工质流量不断增大。蒸发压力一定时,随着蒸发器出口温度的升高,工质流量不断减小,循环热效率先增后减,存在一个最佳的蒸发器出口温度,此时循环热效率最大。     

不同工质对内置换热器有机朗肯循环系统热性能的影响

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)可实现中低温热能的有效利用,但其热利用效率仍可进一步提高,而内置换热器的使用可有效提高循环的热利用效率。因此,文章构建了内置换热器ORC系统的热力学模型。研究了当蒸发温度变化时,R600,R601a,R236ea,R245fa,R245ca,R123,R600a,R114和R142b对内置换热器ORC系统性能的影响,并比较了内置换热器ORC系统与传统ORC系统的净输出功率和热效率。结果表明:在最优蒸发温度下,采用R236ea的内置换热器ORC系统净输出功率大于其余工质,为32.40 kW,其比第二最大净输出功率R600a系统相对增大1.16%;采用R601a的内置换热器ORC系统的热效率最大。内置换热器ORC系统的最大净输出功率及热效率均较传统ORC系统显著增大。     

不同工质对太阳能有机朗肯循环系统性能的影响

循环工质的特性是影响有机朗肯循环系统性能的重要因素之一,在不同的蒸发温度条件下,选取R600、R600a、R245fa、R236fa、R236ea、R601、R601a、RC318及R227ea共9种有机工质,基于热力学第一定律和第二定律对其热力循环特性进行了计算分析,并对各有机工质的蒸发压力、热效率、功比和不可逆损失等进行了比较.结果表明：R245fa作为太阳能低温热发电朗肯循环系统的循环工质具有较高的热效率和效率,并且产生的系统总不可逆损失较小,是一种较理想的有机工质;其次,R236fa和R236ea作为系统循环工质也具有较为良好的性能.     

蜂窝状蓄热体与蓄热小球混装结构在蓄热式加热炉上的应用

通过工程改造项目介绍了蜂窝状蓄热体和蓄热小球混装的新型蓄热体结构,分析得出新型结构成本低,蓄热能力可提高20%以上,对于全新蓄热式加热炉蓄热室的设计具有指导和借鉴意义。实践表明,采用此种结构具有高效、优质、节能和低污染等诸多优点,具有广阔的开发应用前景。     

Investigating parametric effects on performance of a high‐temperature URSOFC

The aim of this paper is to investigate the effects of variable parameters on the performance of a unitized regenerative solid oxide fuel cell (URSOFC) using a two‐dimensional axisymmetric simulation model. This model was validated using the performance curves of an in‐house button‐type URSOFC. The parameters studied include the operating temperature and the porosity, tortuosity, and grain diameter of the electrodes while the URSOFC is operated in the solid oxide fuel cell mode and the solid oxide electrolyzer cell (SOEC) mode. The predicted results show that the temperature and the electrode porosity have a beneficial effect on the performance of the URSOFC because of an enhancement of the electrochemical reactions and the species mass transfer, respectively. However, when the URSOFC is operated in the SOEC mode, the cell performance decreases as the electrode porosity increases. This indicates that the decreasing reaction active sites as a result of the higher porosity have a dominant effect on the performance in the SOEC mode. The cell performance also decreases as the tortuosity and grain diameter of the electrodes increase. In addition, the effect of the electrode grain diameter on the cell performance is predicted to be insignificant for the URSOFC operated in the SOEC mode. The results of investigations presented in this paper can assist in the optimal design and management of a URSOFC. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

大型高效板坯蓄热式加热炉新技术研究与设计

济钢中板厂蓄热式加热炉通过新技术研究与实践经验相结合,设计中合理选用炉底强度指标,并对炉型、蓄热式烧嘴、炉体结构进行了优化设计,获得了良好的运行效果与显著的经济效益。     

蓄热室新型蓄热体的研究进展

综述了蓄热室蓄热体的基本性质要求,总结了三种典型的新型陶瓷蓄热体的热工性能参数,给出了选择合适蓄热体的一些建议,详细介绍了无机盐/陶瓷基复合蓄热体的特点、选材原则和制备工艺,并探讨了它用于蓄热室的可能性和节能意义。     

水套加热炉的改进设计

采用蓄热式燃烧技术对原有的水套加热炉进行了改进设计。改进后的蓄热式水套加热炉,运行热效率可达80％以上,与原有加热炉相比,具有自动化程度高,节能效果显著的特点。     

陶瓷蜂窝体结构及热过程特性探讨

以红柱石为主要原料,不需加任何添加剂,采用独特的模挤压工艺成型,可制作出任意孔径和壁厚的蜂窝体,并具备了高抗热震性和高蓄热量性能。     

蓄热式燃烧器的开发及在现代工业炉中的应用

综述了蓄热式燃烧器的研制开发过程，明确了该燃烧器的工作原理、结构特点及其在节能和减少环境污染方面的主要效果，重点介绍了国外典型的蓄热式燃烧器系统及其主要应用领域。     

高温台车式加热炉燃烧系统设计

介绍了高温台车式加热炉燃烧系统的设计.该加热炉采用单蓄热式燃烧方式,对燃烧系统的主要组成进行描述并对管路进行详细设计计算.采用该燃烧系统能达到节能减排的效果,为企业创造了良好的经济效益.     

不同煤气种类下蓄热式钢包烘烤器节能潜力分析

基于对6种典型煤气燃烧的分析,给出了蓄热式烘烤器相对于传统非蓄热式烘烤器的节能效果,并给出煤气选取建议。研究指出,蓄热式钢包烘烤器节能率随煤气热值的增加而降低,使用高炉煤气时节能率最高为73.07%,使用焦炉煤气时节能率最低为38.19%;建议钢包烘烤初期选用高炉-转炉混合煤气,中后期选用转炉-焦炉混合煤气。     

蓄热式钢包烘烤器气体混合特性数值模拟

利用CFD通用商业软件模拟了蓄热式钢包烘烤器的流场和气体混合状况,比较了不同空气喷入速度、不同空煤气烧嘴间距、不同空气预热温度等不同工况对空煤气混合状况的影响,并定量分析了这些影响的大小和趋势.为蓄热式钢包烘烤器燃烧装置的合理设计提供依据.