低温余热回收的有机朗肯循环模拟与优化

能源与环境是人类可持续发展所面临的重要问题.提高能源利用效率已经成为解决能源危机和全球气候变化的重要手段.在炼化企业中,大量的低温余热通过冷却公用工程直接排放到环境中,从而导致大量的余热浪费.如果将这部分余热加以回收利用,则将会显著提高整个系统的效率,并且减少温室气体排放.分别采用R245fa和异丁烷作为循环工质,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。     

有机朗肯循环低温余热回收系统的工质选择

目前对有机朗肯循环的研究主要集中在工质的热力学特性方面,但尚不全面,普遍使用的热力循环性能的评价方法（窄点分析法）也存在不同工质评价标准不一的问题。为解决这两个问题,本文从环保、安全和稳定性方面对工质进行预选,得到R600、R245fa、2,2-二甲基丙烷、R123和苯等14种有机工质,而后从热力学特性和经济性两方面对初选工质进行优选,通过Matlab和Refprop模拟优化得出适合此系统的最佳工质。其中,以单位功量UA和单位功量质量流量为性能指标,统一了工质评价标准。结果表明：大部分烷类工质的热效率和压比相对其他类工质较高,而所需质量流量远小于其他类工质,且烷类工质环己烷以其较高的热效率、较低的单位功量质量流量和UA等特性,被认为是低温余热回收系统中较理想的循环工质。     

混合工质回热朗肯循环回收天然气冷量的模拟

高压天然气在集输过程中常需要节流,节流后的低温天然气具有品位低但是总量大的冷能.采用朗肯动力循环利用冷能发电是一种可行的思路.但由于天然气释放的冷能品位低且是一个变温过程,因而循环效率一般很低.由于混合工质的相变是一个变温过程,因而采用混合工质的朗肯循环,可以较好地加热与冷却曲线接近,从而减少不可逆损失.同时利用回热过...     

冷凝条件对基于混合工质的内燃机余热有机朗肯循环热力性能的影响

利用建立的内燃机余热有机朗肯循环模型,选取R245fa分别与环己烷、环戊烷组成非共沸混合工质,对3种冷凝条件下的有机朗肯循环进行热力学分析,研究了冷凝条件对非共沸混合工质有机朗肯循环性能的影响规律,提出了确定混合工质冷凝温度的方法。结果表明：冷凝条件是影响系统性能的重要因素,在定泡点冷凝温度工况下,纯工质的热力性能优于混合工质的热力性能;在定露点冷凝温度工况下,配比合适的混合工质的热力性能优于纯工质的热力性能。混合工质的冷凝温度应根据冷却介质进出口温度、混合工质的温度滑移和传热窄点温差进行优化;当冷却介质的温升小于混合工质的最大温度滑移时,随着R245质量分数的增加,系统输出净功出现两个极大值,但输出净功最大值出现在热力性能较优工质所占比例大的质量分数点;当冷却介质温升大于混合工质的最大温度滑移时,输出净功最大值出现在温度滑移最大的混合工质质量分数点。     

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     

CO2及其混合工质双级回热朗肯循环

利用热力学仿真的方法建立双级回热朗肯循环系统模型，研究CO₂及其与R134a、R143a和R1234ze 3种有机工质组成的混合物在循环系统下的热效率和■效率。结果表明：当循环系统采用CO₂与R143a按3∶7摩尔比混合产生的混合物做循环工质时，系统热效率和■效率达到最高。相较CO₂工质循环，热效率提高了2.21%，■效率提高了5.17%；当循环系统采用混合工质时，热效率随着泵入口温度的减小而升高，随着膨胀机入口温度的增大而升高。当高温、低温循环系统的泵入口温度为23℃、高温循环系统膨胀机入口温度为303℃时，热效率最高；系统的■效率随着分流比的增大而升高，当分流比为0.64时，■效率达到最大为56.24%。     

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。     

工质泵变运行工况对有机朗肯循环系统性能的影响

有机朗肯循环（organic Rankine cycle, ORC）系统凭借其优越的性能已被应用于众多领域。工质泵是为ORC系统提供所需压力和流量的主要部件，其性能直接影响了其他部件性能及系统整体性能。本文通过理论计算分析了不同热力参数对单位质量流量工质泵输入功率及泵功指数的影响情况。进而以R245fa作为工质在冷凝温度为303K的模拟ORC系统工作条件下展开实验研究，分析变运行工况下两种不同类型工质泵（多级离心泵、液压隔膜计量泵）的运行参数变化规律及相互影响因素。进而探究工质泵变运行参数对ORC系统性能的影响。实验结果表明：液压隔膜计量泵的流量较低且受出口压力的影响较小，其输入功率最高仅为360.34 W，相同工况下仅是多级离心泵输入功率的16.29%。两者的实际运行效率随运行工况的变化而改变，最高分别可达59.96%、55.26%。结合理论计算，使用这两个泵的ORC系统泵功指数均在0.03～0.48范围内变化，热效率最高分别可达11.66%、10.35%。液压隔膜计量泵更适合于所需流量较低的ORC系统。     

中低温热源近共沸工质有机朗肯循环热力性能分析

通过对比分析纯工质和近共沸工质有机朗肯循环(ORC)的热力性能,探讨了近共沸工质在有机朗肯循环中的适用性.以200℃烟气为热源,基于热力学理论,选用R601、R123及其混合物分别建立了有机朗肯循环热力模型.分析了不同热源工况下R601、R123和R601/R123循环的主要热力参数及热力性能.结果表明:质量配比分别为1:9、2:8、3:7时的R601/R123循环,其蒸发温度高于R123和R601循环;R601/R123循环的蒸发压力介于R123和R601循环之间;蒸发温度低于130℃时,R123循环的净功率最高,而蒸发温度高于130℃后,R601/R123循环的净功率高于R123循环,其中质量配比为2:8的R601/R123循环的净功率最高,比R123循环提高了约2.82％.因此,采用近共沸工质可以进一步提高有机朗肯循环的热力性能,扩大适用工质的选择范围.     

Determination of the optimal rankine cycle for waste heat recovery

In this paper,the optimal Rankine Cycle for waste heat recovery is considered after pro-cess integration.The exergetic efficiency is used to measure the thermodynamic performance of the re-covery system.Comparing with recovering a single waste heat stream,heat recovery after processintegration is much more complicated due to the changeable specific heat given by the process grandcomposite curves.Therefore,this paper attempts to focus attention on the influence of grand compos-ite curves on the optimization.     

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。     

应用于有机朗肯循环的喷射器理论与实验研究

将喷射器应用于有机朗肯循环（ORC）,构成喷射式有机朗肯循环（EORC）。EORC中喷射器引射膨胀机的出口排气,以降低膨胀机排气压力,增大膨胀机的工作压差,来提高循环的做功能力。为分析喷射器性能对EORC循环性能的影响,以经典喷射器理论为基础,选用R600为工质,在MATLAB平台,编制喷射器引射系数与引射压力的优化程序,对喷射器的最大引射系数与最小引射压力进行优化研究。结果表明,混合压力和引射系数一定时,工作流体的引射能力随工作压力的增大不断提高,能够引射更低压力的引射流体;最大引射系数和喷射效率随工作压力增大逐渐增大。并据此设计喷射器和构建EORC实验系统,初步实验表明：相比于ORC,EORC的做功能力明显提高,但系统热效率有所降低。     

利用LNG冷能的有机朗肯循环系统的工质研究和变工况性能分析

以LNG冷能和废热源驱动的有机朗肯循环可以提高系统的能源利用率。通过流程模拟软件HYSYS对使用不同工质的朗肯循环系统进行了模拟分析,结果表明,丙烷是用于低温朗肯循环最合适的工质。循环工质的蒸发温度高低对系统的净输出功及效率影响较为明显,废热烟气的流量或温度的提升有助于改善系统的性能。选定一个合适的冷凝温度,既能保证系统单位质量LNG所能输出的净功在一个合理的范围内,又可以改善系统效率。     

利用液化天然气冷能的朗肯循环与联合法发电系统流程的工艺模拟与对比分析

液化天然气(LNG)在再气化过程中具有巨大的冷能利用价值。目前回收LNG冷能的诸多方法中LNG冷能发电是最有可能大规模利用的方式,同时也是技术较为成熟的方法。在保证天然气入网压力及膨胀机最大承压的条件下,通过HYSYS流程模拟软件对以丙烷为工质的朗肯循环、天然气直接膨胀与朗肯循环相结合的联合循环进行流程模拟,并根据模拟得到的过程参数和输出功进行对比分析,总结了两种循环的特点和发电收益。如果以年蒸发量为150万吨、年工作小时为8000 h的LNG接收站作为分析的基础,并以工业用电价格0.55元·(kW·h)^-1计算,联合法的年发电收益将比朗肯循环法多487万元,以此可以作为两种循环流程经济性分析的基础,为流程全面的经济性分析提供可靠的依据。     

液化天然气冷能回收混合动力循环参数分析

提出了以氨水为工质的朗肯循环、燃气动力循环和液化天然气循环组成的混合动力循环系统,用于液化天然气冷能回收。建立了混合动力循环中换热和动力设备的能量平衡方程和可用能平衡方程,并以朗肯循环冷凝温度、朗肯循环透平进出口压力、液化天然气循环透平进出口压力为关键参数,分析了上述关键参数对混合动力循环热效率和可用能效率的影响。分析结果表明,混合动力循环热效率和可用能效率随朗肯循环冷凝温度升高、朗肯循环透平进口压力和液化天然气循环透平进口压力增大而提高,随朗肯循环透平出口压力和液化天然气循环透平出口压力增大而降低。     

Membrane systems for the recovery of energy carriers from products of organic waste recycling

One of the most promising technologies for separating energy carriers from renewable feedstocks is the biological recycling of organic waste to derive gas (biogas, biohydrogen) or liquid mixtures that contain methane and hydrogen or lower alcohols, respectively. This technology has many advantages: low power consumption, high ecological safety, high level of organic waste recycling, affordability, and ease of implementation and control. The main practical problem of the microbiologic recycling of biomass is the low calorific value of resulting gas and liquid mixtures for their use as energy carriers, because products of bioconversion are diluted aqueous organic mixtures and/or gas mixtures containing a significant amount of ballast CO₂. In the capacity of promising systems for separating energy carriers from gas mixtures, we discuss conventional membrane systems and propose original gas-liquid membrane contactors (MCs), which do not require the precompression (additional energy consumption) of the initial gas mixture. After the stage of separation, for example, of biogas, resulting commercial-purity methane (>95%) can be injected into the pipeline network or supplied to a receiver. Our low energy consumption membrane system was designed on the basis of developments of the Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences in cooperation with microbiologists and experts in bioengineering. MCs were prepared of nonporous highly permeable asymmetric membranes based on polyvinyltrimethylsilane (PVTMS) with a CO₂ permeance of more than 15 l/(m² h kPa), which completely meets the requirements on a highly permeable and, at the same time, sterile barrier. Composite membranes based on a glassy polymer with high internal free volume, i.e., polytrimethylsilylpropyne (PTMSP), which are now being produced on a laboratory scale, are regarded as promising for MCs. The use of membrane methods, i.e., pervaporation and membrane separation of the organic component of the vapor phase, is also promising for separating liquid energy carriers (bioalcohols) from dilute aqueous organic solutions (the range of concentrations of organic substances is 1–7%) that are derived by biofermentation. It is shown that organophilic membranes based on PTMSP can be advantageously employed for the continuous extraction of liquid energy carriers from products of biomass conversion.     

Waste E-glass particles used in cementitious mixtures

The properties of concretes containing various waste E-glass particle contents were investigated in this study. Waste E-glass particles were obtained from electronic grade glass yarn scrap by grinding to small particle size. The size distribution of cylindrical glass particle was from 38 to 300 μm and about 40% of E-glass particle was less than 150 μm. The E-glass mainly consists of SiO₂, Al₂O₃, CaO and MgO, and is indicated as amorphous by X-ray diffraction (XRD) technique. Compressive strength and resistance of sulfate attack and chloride ion penetration were significantly improved by utilizing proper amount of waste E-glass in concrete. The compressive strength of specimen with 40 wt.% E-glass content was 17%, 27% and 43% higher than that of control specimen at age of 28, 91 and 365 days, respectively. E-glass can be used in concrete as cementitious material as well as inert filler, which depending upon the particle size, and the dividing size appears to be 75 μm. The workability decreased as the glass content increased due to reduction of fineness modulus, and the addition of high-range water reducers was needed to obtain a uniform mix. Little difference was observed in ASR testing results between control and E-glass specimens. Based on the properties of hardened concrete, optimum E-glass content was found to be 40-50 wt.%.     

有机朗肯循环系统蒸发器传热特性分析

为了提高有机朗肯循环(ORC)系统中蒸发器换热效率,采用CFD软件FLUENT数值模拟计算方法与试验相结合,选取6种临界温度不同的待选工质,研究了工质进口速度、热空气进口速度、热空气进口温度、工质临界温度对蒸发器?效率、?损失率的影响,得出蒸发器换热效率最高的工质进口速度、热空气进口速度、热空气进口温度,进而得出各种待选工质的换热效果。研究表明:当工质进口速度为系统最小速度、热空气进口速度为系统最大速度时,蒸发器换热效率最高;待选工质临界温度越高,蒸发器换热效率越好;所有待选工质中换热效果:R245fa>正丁烷>异丁烷> R134a> R143a> R125。     

船舶烟气余热驱动有机朗肯循环的系统性能分析

利用设计的有机朗肯循环系统回收船舶柴油机的排气能量,考虑冷却水循环,分析了蒸发温度、膨胀比对系统性能的影响。定义经济性函数为系统所需总换热面积和净输出功的比值,而综合评价函数为经济性目标函数和（火用）效率的加权和,以不同的优化目标函数,确定了适用于有机朗肯循环系统的最佳冷凝温度。研究结果表明,在一定膨胀比下,热效率随着蒸发温度的升高先增大再减小,存在最佳蒸发温度;优化目标函数不同,系统存在不同的最佳冷凝温度,以综合评价函数为优化目标,可确定较优的最佳冷凝温度;以R245fa为工质时,最佳蒸发温度为390K,最佳冷凝温度为316K,膨胀比为6.6,热效率可以达到12%;工质的选择对系统性能有很大影响,不同评价指标下系统的性能分析也不同。