ORC发电系统变热源温度实验研究

为研究有机朗肯循环(ORC)热源温度变化引起的循环热效率、(火用)效率、发电效率等性能的变化情况,搭建以R245fa为循环工质的ORC发电系统实验平台。实验结果表明:热源温度的提高使循环蒸发压力、冷凝压力升高,膨胀机入口温度、压力升高,膨胀比增大,等熵效率提升,膨胀做功能力增强,系统循环热效率、(火用)效率、发电效率均增大;在冷源温度为12℃,工质流量保持恒定的情况下,热源温度从87.5℃上升至108.1℃时,循环热效率由4.1%提升到7.1%,系统(火用)效率由17.2%提升到30.0%,系统发电效率由4.1%提升到7.3%。     

热源自调节有机朗肯循环发电系统热力性能分析

为提高基本ORC(有机朗肯循环)系统换热器内冷热流体换热温差匹配程度,提升系统热力性能,提出一种ORC-R(热源自调节有机朗肯循环发电)系统,基于热力学第一定律和第二定律,建立了系统的数学模型并编制计算机程序进行分析,研究表明:当热源与有机工质换热温差不匹配时,采用热源自调节方式可有效提升基本ORC系统热力性能;热源自调节系数不同,ORC-R系统热力性能提升程度不同,存在随热源温度不同而有所变化的极限调节值;同时,ORC-R系统较基本ORC系统达到性能最优值时的蒸发温度降低,ORC-R系统净输出功、火用效率随热源自调节系数增加呈现先增加后减小的变化规律,可找到热源自调节系数的最佳值使ORC-R系统热力性能达到最优;热源温度Tg=373、383、393和403 K时,ORC-R系统净输出功Wnet较基本ORC系统分别增加35.52%、42.75%、51.15%和57.63%;ORC-R系统火用效率ηex分别为基本ORC系统的0.879 9倍、1.174 9倍、1.485 8倍和1.807 8倍。     

低温地热ORC-AHT联合循环系统热力性能分析

为充分回收利用低温地热,利用第二类吸收式热泵升温原理,提出一种新型低温地热ORC-AHT联合循环发电热力系统。根据热力学第一、第二定律,建立热力学模型,编制计算程序并进行热力性能分析,结果表明:净输出功、热效率和火用效率随蒸发温度升高呈现先增加后减小的趋势,且随热源温度升高而增加。根据热力学模型设定条件,从T-Q图中可看出,与单级ORC系统相比,耦合系统可降低火用损失,提升联合系统热力性能。热源温度为373、383和393K时,耦合系统净输出功较单级ORC系统分别增加30.48%、21.9%和17.7%;热效率较单级ORC系统分别增加11.6%、7.25%和4.19%;火用效率较单级ORC系统分别增加45.45%、53.95%和60.05%。     

低温蒸汽_太阳能双热源ORC发电系统热力性能分析

为充分回收矿藏热采过程尾端低温蒸汽余热,提出一种通过利用太阳能热量补充预热器中热源显热以缩小换热温差的新型低温蒸汽-太阳能双热源ORC发电系统。根据热力学第一、第二定律,建立其热力学模型,编制计算程序并进行了热力性能分析及比较。计算结果表明:采用热源补助可有效减小换热温差,进而显著提升系统热力性能。当采用R245fa作为循环工质时,与基本的ORC系统相比,选择冷端温差较小的预热器可使双热源系统火用效率显著增加;在预热器冷端温差为30 K、两系统分别采用5种不同循环工质时,双热源ORC系统的热力性能均高于基本ORC系统,且以R236fa为工质的双热源ORC系统热力性能最佳。     

柴油机废热利用的ORC系统特性研究

以柴油发动机缸套水和尾气废热为热源,设计开发了有机郎肯循环ORC的热力循环系统及发电装置。在该系统中,采用R245fa作为循环工质,以板式蒸发器和冷凝器作为工质相变的换热元件,机械能与电能转化。ORC系统测试结果表明,在ORC系统和发动机长时间稳定运行,稳定发电量14.4kW,发电效率7.2%;净发电量12.45kW,净发电效率6.25%。在保持发动机稳定运行和冷却水全部进行大循环的前提下,发动机出水温度降低,有利于总发电量和净发电量的提升。     

R1234yf有机朗肯循环系统热力学性能研究

为提高有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle, ORC）在中低温地热发电领域的效率,本文以R1234yf为工质,依据热力学第一定律与第二定律分析了系统单位质量热水净发电功率和系统?效率,并与目前应用广泛的R245fa工质进行了性能对比。研究结果表明,存在最佳蒸发温度和最佳冷凝温度,使得ORC发电系统单位质量热水净发电功率、?效率最大。对于热源温度为110℃ ~ 150℃的ORC发电系统,R1234yf对应的最大系统单位质量热水净发电功率和最大?效率均大于R245fa     

柴油机废热驱动有机朗肯循环的理论和试验

对柴油机废热驱动有机朗肯循环(ORC)发电系统的4种方案进行了理论分析;并以200,kW柴油发电机废热回收为对象,设计一台以R245fa为循环工质的废热驱动ORC发电系统样机.在柴油发电机输出功率为180,kW时,分别以"发动机冷却液"和"发动机冷却液和尾气"为热源,测试ORC系统的循环性能.结果表明:单独依靠发动机冷却液驱动ORC系统时,节温器开闭导致系统无法稳定工作.当强制开启节温器、R245fa流量从0.32,kg/s增大到0.41,kg/s时,冷却液出水温度迅速下降,而系统净发电量单调递增至3.1,kW;净效率曲线呈先增后减的变化趋势,并在0.35,kg/s时达到3.8%的最大值.当发动机冷却液和尾气共同驱动ORC系统时,系统净发电量可达9.9,kW,净效率为6.3%.     

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%。     

船用柴油机烟气余热ORC系统的热力性能分析

对采用不同换热器配置的有机朗肯循环(ORC)系统进行了分析,理论分析结果表明:在柴油机烟气余热ORC系统所有部件之中,蒸发器的损失最大;通过增加预热器或回热器能进一步提高热源的利用率,但同时系统的损失和成本增加。为此对影响ORC系统性能的关键因素进行优化设计:使蒸发器过热度和冷凝器的过冷度取1~2℃;并尽可能提高膨胀机的膨胀比和内效率。试验结果表明:ORC试验系统理论热效率5.7%,实际热效率5.3%,引起偏差的主要原因是膨胀机实际容积效率低于理论值,实际机械消耗大于理论值,且系统混入的不凝气也对系统造成影响。新开发的低温烟气余热ORC系统的设计方法,实现了对烟气余热ORC系统的优化配置,为船舶柴油机烟气余热利用提供了一种切实可行的解决方案。     

波动热源下ORC发电系统的动态运行特性

ORC(有机朗肯循环)是实现中低温热源热功转换的关键技术。以R245fa为工质,采用单螺杆膨胀机,在120℃不稳定热源下实验研究了ORC发电系统在变负载下的动态运行特性及系统主要运行参数随波动热源的变化。实验结果表明:增大负载容量,维持膨胀机做功状态所需工质流量增加,膨胀机入口压力变大,单位工质吸热量变小,膨胀机入口温度及过热度降低。但由于系统整体吸热量变大,系统冷凝压力及冷却水入口温度就增加。系统的发电功率与效率也随负载的提升而不断增大,最大分别为4.61 kW与5.76%。受热源温度正弦波动的作用,系统主要运行参数出现不同程度的波动,冷凝压力的变化是造成系统不稳定的主要原因。     

300kW功率等级ORC发电机组试验系统搭建与性能测试

为了检验长动集团自主设计生产的CT300型ORC原理样机的工作性能,为机组设计工作和后续优化提供数据支撑,借助汽轮机空负荷试验平台搭建了300 kW功率等级ORC发电机组运行试验系统,并开展了相关运行试验。通过运行试验验证了各部件及发电机组的运行特性。结果表明,所搭建的运行试验系统运行正常,可满足ORC机组在各个工况下运行时的外部条件要求,ORC机组稳定发电功率为313.8 kW,发电效率为10.1%,实现了试验系统的设计目标。运行试验中涡轮转速出现了周期性震荡,原因是热源不稳定和泵后手动阀无法精确调节所共同导致的,通过稳定热源和更换调节性能更高的调节阀可以解决该问题。     

混合工质ORC耦合CO2跨临界发电系统性能研究

为了实现低温热能的充分回收利用,在混合工质ORC循环发电基础上,提出一种利用CO_2跨临界循环与其耦合的发电系统。基于热力学第一、第二定律,建立相应热力学模型,并编写计算程序,确定系统运行条件,分析蒸发温度T1、跨临界蒸发压力p01及热源温度T_g等参数变化对耦合系统性能的影响,并将其与采用相同混合工质的ORC系统进行比较。结果表明:随蒸发温度提高,跨临界循环部分输出功逐渐增加,而ORC部分由于冷凝温度提升所减少的输出功逐渐降低。在T_g为373.00K时,若T_1为340.00、354.00K,耦合系统较基本ORC系统输出功分别增加15.77、113.53kW。随跨临界蒸发压力p_(01)变化,耦合系统输出功及效率均有先减小后增加再降低的规律,存在一最佳跨临界压力,且表现为随热源温度降低,耦合系统性能优越性逐渐明显。若T_g为373.00或403.00K,则耦合系统较基本ORC系统分别增加19.16、7.18kW。在蒸发温度较高或热源温度较低时,采用耦合系统具有重要意义。     

钢铁企业中低温烟气发电系统的比较和优化

为高效利用钢铁厂200～450℃烟气余热,利用EES软件模拟计算了水蒸气朗肯循环(SRC)4种有机朗肯循环(ORC)和水蒸气-有机物联合双循环(S-ORC)的热效率、火用效率和单位质量工质的发电能力。通过比较各发电系统的性能,探讨了低温发电系统的优化措施。为进一步利用ORC系统透平机乏汽余热,针对300℃以上的热源设计了梯级有机朗肯循环(CORC)。综合考虑各发电系统的性能,得出:对于200～300℃的烟气,可采用以R141b为工质的ORC发电系统;对于300～450℃的烟气,可采用CORC发电系统。由于S-ORC的热效率、火用效率、发电功率比传统SRC的高,且能有效减小工质在冷凝器的负压,对于450℃以上的热源,可用S-ORC代替传统的SRC。     

太阳能喷射式制冷功冷联供系统

以太阳能为驱动热源,基于喷射式制冷和ORC,构建一种太阳能喷射式制冷功冷联供系统,该系统分为太阳能集热子系统和功冷联供子系统两部分。以R161为功冷联供子系统循环工质,通过Matlab建立该系统热力学模型,对其性能进行模拟,在设计工况下该系统制冷量为2.893 kW,净输出功为1.594 kW,功冷联供子系统制冷效率为12.47%,发电效率为6.87%,效率为41.45%。通过分析可知,该系统损占比较大的部件依次为太阳能集热器（73.3%）、发生器（12.14%）、蒸发器（5.03%）和透平（4.81%）。考虑到实际过程,分别研究系统内部参数改变和外部环境参数改变,对系统的影响,发现高低压发生器的温升由利于系统性能的提升,同时环境温度的升高以及太阳辐照度的提升均可改善集热器效率,从而提升系统性能。     

喷射器对地热有机朗肯循环发电系统性能的影响

为了缓解由于冷凝温度较高带来的高背压问题,提出一种带喷射器的ORC(有机朗肯循环)发电系统。针对373 K地热热源,分析了不同工质及冷凝温度下,喷射器对系统性能的影响,并将其在有/无分流2种工况下进行比较。结果表明:采用喷射装置可提高系统性能,存在一最佳升压比a使系统性能最大,其中ORC-分流喷射系统ORC-喷射系统ORC系统,若以R245fa为工质,在Tc=298 K时,经分流喷射的系统较喷射ORC及ORC系统火用效率分别高出1.89%和6.43%。工质临界温度越高,采用喷射装置对系统性能提高越大,通过分流可以削弱工质对喷射装置的影响,使其更接近ORC系统的工质表现规律:R236faR114R245faR152a。当系统冷凝温度较高时,采用喷射装置具有重要意义。     

基于电气体发电的ORC系统热力学分析

构建了含电气体发电的ORC系统并对比于传统的汽轮机-发电机的发电方式,以发电功率和火用效率作为目标函数,基于热力学和电学理论,计算分析了亚临界状态下7种不同工质相应目标。研究表明,蒸发温度升高,系统发电功率增加。相同条件下,R134a有较大的输出电功率;热源进口温度一定,窄点温差越小,系统火用效率越大;同一窄点温差,热源进口温度不高于临界温度约2倍的窄点温差时,火用效率存在最大值;反之,火用效率则随蒸发温度单调递增。本研究将为ORC新型发电技术在工质选择和性能优化方面提供理论指导。     

不同类型蒸发器对ORC系统影响的实验研究

以中低温能源的高效利用为目的,在稳定热源和变工质流量条件下对以2种不同类型换热器为蒸发器的有机朗肯循环(ORC)发电系统进行实验研究。研究结果表明:ORC系统中板式蒸发器的最大换热系数约是管壳式蒸发器的1.6倍;系统性能方面存在合适工质流量使得系统性能最佳,采用管壳式ORC系统最大热效率与效率约为采用板式ORC系统的1.5倍;在膨胀机进口过热度较低时,板式蒸发器的蒸发空间是制约板式ORC系统性能和稳定性的重要因素;结合2种换热器特点,提出2种换热器串联作为蒸发器的改进设想。     

全流式地热发电系统性能分析及在双级系统中的应用

建立了全流式地热发电系统模型,基于螺杆膨胀机内效率与膨胀比的关系,分析了膨胀机最佳入口工质干度.以此为基础,分析以90~150℃饱和水为热源的全流式地热发电系统的发电性能并与有机朗肯循环(ORC)系统进行比较.结果表明:螺杆膨胀机入口工质干度存在最佳值,使得系统净功率最大;当热源温度处于90~130℃时,全流式地热发电系统具有较好的性能,而当热源温度处于130~150℃时该系统则无明显优势;全流式地热发电系统适合于带有一定干度蒸汽的热源,可以减少节流造成的损失;对于温度处于130~150℃的热源,双级系统中第2级的全流式地热发电系统对第1级的ORC系统的排热具有很好的回收效果.     

船舶动力余热透平发电一体机性能研究

为进一步提高有机朗肯循环(ORC)发电系统的密封性、可靠性及发电效率等性能,开展透平发电一体机性能实验研究。研究对象为350 kW等级ORC发电装置,循环介质为R134a,船舶余热热源温度为60～90℃,冷源温度为9±1℃。利用试验测试及理论分析等方法,对透平发电机功率、效率以及冷却方式开展研究。结果表明：在热负荷达到4 023 kW时,发电上网功率平均值为315 kW,透平轴功平均值为341.6 kW,系统稳定时,透平等熵效率达到79.22%;发电机效率达到92.55%,系统效率达到7.85%,相对于参考文献中几种常用的透平发电机技术方案,磁悬浮高速径流透平一体发电机具有较高的热功转换效率及发电效率,额定发电功率下用于冷却电机的工质流量仅为0.124 5 kg/s。     

耦合LNG及ORC的液态空气储能系统热力学分析北大核心CSCD

为了提高液态空气储能系统(B-LAES)的循环效率及压缩热的利用率,将液态天然气的冷能合理利用起来,提出了一种耦合液态天然气(LNG)和有机朗肯循环(ORC)实现冷热电三联供的液态空气储能系统,从导热油中压缩热的利用率、循环效率、电-电转化效率、?效率几方面对本系统进行分析。研究结果表明,通过合理综合利用导热油中的压缩热,压缩热利用率可达到96.67%,比B-LAES系统高约55%;通过耦合利用液态天然气(LNG)的冷能,系统循环效率可达93.20%,比B-LAES系统提高约16.9%;增加ORC系统可使系统电-电转化效率达81.34%,比B-LAES系统提高约42.2%。研究结果可为液态空气储能理论研究和应用提供一定的技术参考。