有机朗肯循环在多品位余热发电中的应用

低温余热的充分利用能够有效提高能源的利用效率、降低生产企业的能耗。本文以含硫天然气净化厂生产过程产生的余热为研究对象,对余热资源品位、余热回收潜能进行了分析和评价。通过对不同的余热发电方案进行分析对比,提出了以有机朗肯循环（ORC）为基础的多品位余热发电方案（MG-ORC）,并对该发电方案进行了热力学分析。借助正交实验手段和多目标优化方法,对不同循环工质条件下MG-ORC发电方案的性能进行了对比分析,结果表明：工质R-600较其余4种工质表现出更优的综合性能,MG-ORC发电系统热效率为17.7%,净输出功率约2600kW。MG-ORC发电方案能够有效合理利用含硫天然气净化厂产生的余热,实现了能源的按质用能和梯级利用。     

低温余热发电有机朗肯循环工质选择

为了筛选出适宜于363 K（90℃）左右余热驱动的有机朗肯循环发电系统的工质,文章提出十个优选工质的条件,并通过对十种低沸点有机工质的性能对比分析。结果表明,R141b最适宜作为此温度的余热回收工质,综合性能高于其他工质,文中通过计算证明,对于有机朗肯循环添加回热会大大提高系统效率。     

双级串联有机朗肯循环发电系统性能

为充分研究双级串联有机朗肯循环发电系统的性能,以150℃的低温余热为热源,液化天然气(LNG)为冷源,(火用)效率最大为评价指标,对不同影响因素下双级串联有机朗肯循环系统进行了工质选择与参数优化.选用7种工质,采用粒子群算法,对系统的蒸发温度、膨胀机入口温度、冷凝温度和LNG蒸发压力进行了优化,对一定过热度及中间换热温...     

水泥窑低温有机朗肯循环联合发电技术

以某一新型二代水泥技术的7 000 t/d熟料生产线为例,单纯的采用汽水朗肯循环,存在热量回收不彻底,部分低品位余热资源无法有效回收等问题。采用汽水朗肯循环及有机朗肯循环联合发电系统的方案,结果表明：联合朗肯循环系统发电功率提高了614 kW,吨熟料发电量增加了2.1 kWh/kg,提高了8%;净发电功率提高了511 kW,净发电量实际提高了7.1%,提高了水泥余热回收的效率。     

太阳能有机朗肯循环低温热发电关键因素分析

分析了一种以有机朗肯循环（ORC）和复合抛物面集热器（CPC）为主要组成的太阳能低温热发电系统,设计了旨在增强ORC发电的稳定性及减小换热流体与有机工质传热温差的新型系统结构,建立了系统的数学模型,并结合合肥地区的气象数据进行了数值模拟。结果指出有机工质蒸发温度、集热器倾斜角调整方式、蒸发器级数等参数是系统优化的关键因素,当工质蒸发温度为119℃,蒸发器为两级,集热器倾斜角年调整6次时,系统年发电能力为87.1kW•h•m^-2。     

有机朗肯循环发电系统的多目标参数优化

建立以热回收率及单位输出功率所需换热面积为目标的多目标优化模型,利用模拟退火算法对循环采用R123、R236ea、R245fa、R227ea、R600等五种工质时的参数进行优化计算。结果表明:采用多目标优化模型可以协调各评价指标间的关系,更好地满足工程实际的需求;热源温度为140℃、循环采用R123时,最佳蒸发压力为0.69 MPa、冷凝压力为0.11 MPa,最佳蒸发压力随着冷凝压力的升高而增大;当管内流速超过0.5 m·s^-1时,流速对系统性能的影响较小。蒸发器内的最小传热温差为15℃。随着热源温度升高,循环的最佳蒸发压力增大。在分析的几种工质中,热源温度在100~220℃时,循环采用R123时性能最佳。     

有机朗肯循环发电系统变工况运行的实验研究

受余热热源及环境温度不稳定特性的制约,有机朗肯循环（ORC）发电系统在实际应用中需要有较强的变工况能力。本文以R245fa为工质,实验研究了在不同冷热源温度时,ORC系统在相同负载容量及膨胀机转速下的变工况运行特性及各部件实际性能。实验结果表明：热源温度主要决定了膨胀机的入口温度及过热度。随着热源温度的降低,膨胀机内部泄漏量变大,其等熵效率变低,单位质量工质做功能力变差,维持膨胀机做功状态的工质质量流量增加。由于工质在蒸发器内整体吸热量变小,系统发电效率随热源温度的降低而升高。在10℃冷源温度下,热源温度从115℃下降至100℃,机组的最大发电效率从5.03%升高至5.25%。改变冷源温度,主要作用于膨胀机的进出口压力,改变了膨胀机的做功状态。降低冷源温度,膨胀机压比升高,单位质量工质做功能力变强,维持膨胀机做功状态的工质质量流量减小。但由于膨胀机过膨胀运行带来的不可逆损失增加,膨胀机的等熵效率随冷源温度降低而减小。在115℃热源温度下,冷源温度从30℃下降至10℃,系统最大发电效率从6.08%升高至7.01%。     

低温有机朗肯循环的热力学分析

汽车燃油热量仅1/3为有效能量(作为动力),其余2/3为废热,通过冷却水或排气方式排入大气,不仅极大浪费了能源而且污染了环境。以发动机的废热利用作为有机朗肯循环(ORC)的热源分析,通过对ORC系统进行数学建模,改变系统运行工况,来评价不同工质的系统循环性能并指出R245fa和R123是比较适合的循环工质。在热力学分析的基础上,与其他文献中试验数据进行了比较,结果表明本文模型是可靠的,为有机朗肯循环的系统设计指明了方向。     

蒸发温度对低温工业余热有机朗肯循环发电系统影响

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle)发电技术是一项将低品位热能有效转换为电能的热回收技术,本文以热力学第一定律为基础,研究蒸发温度对有机朗肯循环系统循环热效率、热回收效率等热力性能的影响。研究发现:系统热效率和热回收效率随蒸发温度的提高而增加,且增加速率越来越小;在考虑有机朗肯循环系统热效率及热回收效率的前提下,提高蒸发温度对有助于提高系统热效率,最佳蒸发温度确定还需要考虑热源温度、工质的临界温度、系统耐压程度和工质泵耗功。     

低沸点工质的有机朗肯循环纯低温余热发电技术

0引言我国水泥厂的余热发电,先后经历高温余热发电、带补燃炉的中低温余热发电和纯低温余热发电3个阶段。纯低温余热发电与带补燃的中低温余热发电相比,具有投资省、生产过程中不增加粉尘、废渣、NOx和SO2等废弃物排放的优点。本文介绍以色列奥玛特(ORMAT)公司利用低温热源的有     

变温热源的有机朗肯循环性能分析

研究用于变温热源(烟气余热)动力回收的有机朗肯循环。考察了6种候选有机物工质和不同循环形式(如有无过热、有无回热)。系统净功、热效率、效率作为热力学指标,换热总能效(U_A),透平尺寸因数(S_P),透平等熵容积流速比(V_(FR))可大概反映系统尺寸和造价,作为技术经济性指标。采用Matlab编程,以最大净功为目标对循环进行了热力学优化和分析,并对最大净功下系统的经济性做了初步分析。结果表明:采用回热的循环输出更高净功。苯的简单循环输出最大净功,137.14 k W;庚烷的回热循环输出最大净功,156.71 k W。从技术经济性分析,在最大净输出功下,回热循环U_A和V_(FR)更小,SP差别不大。     

低温余热驱动的无泵有机朗肯循环瞬时稳态发电性能

建立了一套低温热源驱动的小型无泵有机朗肯循环系统,研究无泵有机朗肯循环回收利用余热发电的性能。该系统中热水温度为75～95℃,冷却水温度为25℃,选择制冷剂R245fa作为系统工质,选择涡旋膨胀机将热能转换为机械能,并通过发电机进行发电。实验结果表明当热水进口温度为95℃时,最大瞬时发电功率为232 W,并可以在250 s的时间内保持稳定在230 W左右,总的发电持续时间为380 s。随着热源水温度下降,功率输出减小,但发电持续时间增加。系统稳定发电平均效率最大为3.92%,此时热源水温度为95℃,最低为3.02%,此时热源水温度为85℃。     

低温余热驱动的无泵有机朗肯循环瞬时稳态发电性能

建立了一套低温热源驱动的小型无泵有机朗肯循环系统,研究无泵有机朗肯循环回收利用余热发电的性能。该系统中热水温度为75~95℃,冷却水温度为25℃,选择制冷剂R245fa作为系统工质,选择涡旋膨胀机将热能转换为机械能,并通过发电机进行发电。实验结果表明当热水进口温度为95℃时,最大瞬时发电功率为232 W,并可以在250 s的时间内保持稳定在230 W左右,总的发电持续时间为380 s。随着热源水温度下降,功率输出减小,但发电持续时间增加。系统稳定发电平均效率最大为3.92%,此时热源水温度为95℃,最低为3.02%,此时热源水温度为85℃。     

有机朗肯循环膨胀机入口过热度实验

在给定热源条件下,探讨有机朗肯循环(ORC)膨胀机入口过热度对膨胀机性能和ORC系统性能的影响。建立了带前置泵的ORC实验系统,采用涡旋式膨胀机,R123为工质,在140℃热源下进行实验。通过改变膨胀机转矩调节系统蒸发压力,从而实现对膨胀机入口过热度的调节。实验获得最大膨胀机轴功和膨胀机实际运行效率分别为2.35kW和59.7%;ORC系统净输出功、热效率和(火用)效率分别为1.75kW、5.3%和21.8%。分析表明,随着膨胀机入口过热度递减,膨胀机机械效率递增,膨胀机等熵效率递减,膨胀机轴功和实际运行效率呈先增后减的变化趋势。膨胀机入口过热度为20℃左右时,有最大膨胀机轴功、最大系统净输出功、最高系统热效率和最高系统(火用)效率。此外,过热度影响系统的损失分布,随着膨胀机入口过热度减小,膨胀机(火用)损呈先增后减变化。     

有机朗肯循环中的工质热源转折温度及其特征

有机朗肯循环中存在有极值功循环与无极值功循环,即存在一种净功的转折线与所对应的工质热源转折温度,它对工质的选择与循环性能评价具有指标性的作用。基于梯形循环及其理论模型,本文建立工质饱和线形状(饱和液线斜率、饱和气线斜率及其斜率比与临界温度)及物性为自变量的数学关系,并提出和定义线性饱和线工质模型,建立循环性能与工质物性之间的数学关系。分别推导出有机朗肯循环中工质热源转折温度的经验公式,以及梯形循环下线性饱和线工质的热源转折温度理论公式及其修正。研究热源转折温度及其对应的优化工况的特征与一般性规律,得到21种工质热源转折温度的有机朗肯循环数值计算与经验公式之间的偏差小于1.97%。线性饱和线工质模型下,工质的热源转折温度为临界温度和蒸发器窄点温差之和;热源转折温度所对应的最高优化工况(最高优化蒸发温度与最大净功极值)随斜率比单调增加,至干工质时,最高优化工况接近工质的临界点。     

低温余热有机朗肯循环热力性能分析

以热力学为基础,建立了有机朗肯循环数学模型,对以R1234yf、R1234ze E和R1234ze Z为工质的有机朗肯循环进行了对比分析,考察了蒸发温度对系统净输出功、循环工质流量、热效率以及第二定律效率的影响。     

太阳能有机朗肯-闪蒸循环工质选择

近年来,太阳能低温热发电技术作为可再生能源领域的研究热点受到越来越多的关注。文章针对太阳能平板集热器驱动的有机朗肯-闪蒸循环（solar binary-flashing cycle,SBFC）,基于EES（engineering equation solver）软件建立数学模型,分析了7种制冷剂包括R601、R601a、R1233zd（E）、R600、R1234ze（Z）、R600a和R1234ze作为循环工质在SBFC系统中的应用潜力,并在系统净输出功最大的工况下,研究了集热器出口热水温度（80～100℃）对SBFC系统热力性能的影响规律。选用的性能指标参数有净输出功、热效率、第二定律效率、不可逆损失、换热器热导（UA,总传热系数与传热面积的乘积）和单位太阳能集热器面积净输出功。结果表明,在所研究的工况范围内,随着集热器出口热水温度的增大,SBFC系统的热力性能得到显著的提高,且工质的标准沸点温度越高,SBFC热力性能越好,其中R601具有较高的净输出功、热效率和第二定律效率,并且系统的不可逆损失较小,是一较理想的SBFC系统循环工质。     

共冷凝器双循环有机朗肯发电系统㶲分析

有机朗肯循环（ORC）发电是将中低温热源转化为高品位电能的有效途径之一。本文针对热源温度为100~150℃的亚临界饱和有机朗肯循环系统,选用4种有机工质,首先分析热源温度和工质对单级/双循环发电系统?效率和加热器?效率的变化规律,进而对双循环系统窄点温差对系统和加热器?效率的影响进行分析。主要结论包括：在相同热源温度下,R245fa为工质时,双循环系统及加热器的?效率相对于单循环系统的?效率大幅提升,在热源温度为130℃时,系统?效率提高了14.45%。随着窄点温差的增大,系统和加热器?效率减少;不同热源温度下窄点温差增大时,系统和加热器?效率的减小量接近相等,当窄点温差增加2℃,系统?效率平均减少1.9%左右。分析双循环系统采用4种有机工质时系统和加热器?效率,发现?效率都随热源温度增加而增大;当热源温度为100℃和150℃时,工质R245fa相对于R601的系统?效率相差为0.89%和3.54%;对应加热器的?效率相差为0.49%和4.82%。     

双压膨胀有机朗肯循环中低温余热发电系统的热力性能

基于热力学第一定律与第二定律分析法,结合动量定理与质量守恒定律构建一种双压膨胀有机朗肯循环（ORC）中低温余热发电系统热力性能的预测模型,研究热源温度、蒸发温度、夹点温差、闪蒸压力、循环倍率、喷射压缩器引射流体在混合室进口的马赫数、工质泵、向心透平及螺杆膨胀机的等熵效率对系统的净输出功率、热效率、余热利用率及(火用)效率等热力性能的影响。结果表明,系统的净输出功率与(火用)效率随着热源温度、蒸发温度、循环倍率及透平等熵效率的增大而升高,但随着夹点温差、闪蒸压力的增大而降低;系统的热效率随着蒸发温度、闪蒸压力及透平等熵效率的增大而升高;系统的余热利用率随着热源温度、循环倍率的增大而升高,但随着蒸发温度、夹点温差、闪蒸压力的增大而降低。当循环倍率k=2时系统的净输出功率、(火用)效率及余热利用率分别比常规单级ORC系统绝对提高了230.9kW、10.1%和17.9%。     

螺杆膨胀机有机朗肯循环有机工质研究

从工程项目实际应用角度出发,根据螺杆膨胀机的特性提出了有机朗肯循环(ORC)有机工质的筛选准则。根据等熵理论建立了理论模型,对常推荐的9种有机工质,分别从压差、体积流量、内容积比等方面进行了对比研究。模拟结果表明:并没有一种工质能够很好地满足所提出的筛选准则,但R245fa,R600a具有比较平均的性能可以选用,还需要研究、开发适用于螺杆膨胀机的有机工质。搭建了干式螺杆膨胀机ORC实验平台,验证了R245fa作为工质的可行性,并讨论了机组效率、工质泵效率和排气温度等问题。研究对螺杆膨胀机ORC有机工质的选择指出方向,对ORC产业发展具有理论和实践意义。