ORC利用工业锅炉烟气余热发电技术经济性评估

对ORC利用工业锅炉烟气余热发电系统进行经济性评估,采用不同换热器结构,对不同工质和余热温度下ORC系统净输出功、单位装机容量投资成本、发电成本和投资回收年限进行对比分析。结果表明,随着烟气流量和温度的增大,系统投资回收年限减小;以采用R123和FS换热器组合(管翅式蒸发器与壳管式冷凝器组合)时经济性最优,单位装机容量成本为23 800元/kW,单位发电成本为0.285元/kWh,投资回收年限为5.58年,净输出功为91.5kW;采用SS(蒸发冷凝器均为管壳式换热器)换热器组合时,经济性最差。热经济分析表明,R123最适合作为ORC利用工业锅炉烟气余热发电系统的工质。     

烧结冷却废气余热有机朗肯循环发电系统性能分析

以烧结矿环冷机末端出口流量为7.6×105 m~3/h、平均温度为170℃的冷却废气为研究对象,基于低温余热有机朗肯循环系统,采用R123,R245fa和R600作为循环有机工质,研究工质蒸发温度、过热度和冷凝温度对系统性能的影响。研究结果表明:系统净输出功率和总的不可逆损失随工质蒸发温度、过热度和冷凝温度的增大而逐渐减小;系统热效率随蒸发温度增大而增大,而随冷凝温度增大而减小,工质过热度增大对系统热效率的影响不大;当系统操作工况一定时,工质R600的净输出功率最大,而工质R123的系统热效率最高,且总不可逆损失最小;在实际操作过程中,为了获得较大系统净输出功率,应选择R600作为循环有机工质,设定蒸发器出口工质为饱和蒸汽状态,并采用较低的工质冷凝温度。     

三种中低温余热蒸汽发电系统的比较研究

建立了150~350℃中低温余热蒸汽低沸点有机工质联合循环(S-ORC)发电系统数学模型.比较了相同热源条件下,水蒸气朗肯循环(SRC)、有机朗肯循环(ORC)及S-ORC三种发电系统的热效率、效率、运行压力、发电量.结果表明:150~210℃热源条件下,ORC有着最高的热效率、效率和发电量;210~350℃热源条件下,S-ORC的各项性能有优势,其热效率和效率均高于SRC和ORC发电系统.     

太阳能增压喷射制冷系统能量分析与㶲分析

为探索太阳能增压喷射制冷系统性能进一步提高的方向和方法,本文建立了系统的能量模型与?模型,对系统的热力学性能进行了计算分析。本文采用R245fa为工质进行计算分析,结果表明:系统机械性能系数随着压缩机压比的增大先增大后减小,压比为1.45时达到最优值,热性能系数与?效率随着压比增大而增大;系统的机械性能系数随着发生温度的升高,先增大后减小,当发生温度为79 ℃时,达到最优值9.13,热性能系数与?效率随着发生温度升高而增大;冷凝温度升高时,机械性能系数、热性能系数与?效率均减小;蒸发温度升高时,机械性能系数和热性能增大,而?效率减小。系统中?损失最大的部件是集热器和喷射器。因此,采用合理的运行参数、提高集热效率和喷射器性能是提升系统性能的关键。     

不同热源温度的低温热能-液化天然气联合发电系统经济性分析

有机朗肯循环可高效地同时回收低温热能和液化天然气(LNG)冷能.在3个不同的热源温度下,选定10种有机工质,以标准发电成本为目标函数,采用粒子群优化算法,对带有直接膨胀循环的双级并联有机朗肯系统进行优化.结果表明,在373.15、 398.15和423.15 K下,最优低温工质始终为氨,其最佳标准发电成本分别为0.419 9、 0.399 7和0.377 6元·(kW·h)~(-1).在最佳经济性下,热源温度为423.15 K时,其静态投资回收期约为7.1 a,动态投资回收期约为10.5 a.各设备的投资成本占比中,换热器总占比最大,为60%以上,工质泵占比最小,约为17%.     

微型有机朗肯循环热电系统建模与性能分析

为研究环保新型有机工质应用于微型朗肯循环热电联供系统的适应性和循环效率,针对3种有机工质HFE7000,HFE7100和Neo-pentane,构建了典型微型有机工质朗肯循环热电联供循环系统,并建立了系统热力学能量流通模型,研究了循环温度、回热器温差、过热和过冷对系统效率的影响.结果表明:所选工质可适用于微型有机朗肯循环,有机工质自身性质对循环效率有一定影响;系统各项效率均随着蒸发器出口温度的升高和冷凝器出口温度的降低而增加;在循环中增设回热器有利于提高系统发电效率,有机工质在回热器进出口之间每10℃的温度差,可将微型有机朗肯循环系统的发电效率提高0.4%～0.5%;对工质采用过热和过冷手段,均会降低微型有机朗肯循环系统的循环效率.     

低温烟气余热发电实验系统设计及性能

采用R123为工质,以热风炉产生的烟气模拟工业炉排放的烟气作为实验热源,通过设计和搭建基于有机朗肯循环的余热发电系统实验台,研究膨胀机输出功率、系统热效率以及效率随系统状态参数的变化规律。实验结果表明:膨胀机输出功率随蒸发压力和热源温度的升高而增大,实验条件下的最大输出功率为645 W。系统热效率随工质蒸发压力的升高而增大,最大热效率为8.5%。系统效率随蒸发压力和热源温度的升高而增大,实验条件下的最大效率为3.5%。工质过热度的提高不利于提升系统的综合性能。     

不同热源温度的低温热能-LNG双级有机朗肯循环经济分析及优化

有机朗肯循环可高效地同时回收低温热能和LNG冷能。在3个不同的热源温度下,选定10种有机工质,以标准发电成本为目标函数,采用粒子群优化算法对带有直接膨胀循环的双级并联有机朗肯系统进行优化。结果表明,在100、125和150℃下,最优低温工质始终为氨,其最佳标准发电成本分别为0.4199、0.3997和0.3776￥/( kW·h)。在最佳经济性下,热源温度为150℃时,其静态投资回收期约为7.14年,动态投资回收期约为10.5年。各设备的投资成本占比中,换热器总占比最大,为60%以上,工质泵占比最小,约为17%。     

一种聚光光伏/光热混合发电系统的能量分析(英文)

为了提高聚光光伏系统的能量利用效率,本文提出了一种新型的聚光光伏/光热混合发电系统.该系统主要由带有蒸发冷却装置的聚光光伏模块、光热接收器和有机朗肯循环组成.液体有机工质在冷却聚光光伏模块时吸热蒸发,而后流经外围低聚光光热接收器时加热成为过热蒸汽,最终经由有机朗肯循环发电.针对该混合发电系统,本文提出了稳态模型,并进行了系统能量分析.结果表明利用聚光光伏模块外围的低聚光能量可以有效产生较高温度的过热蒸汽.当聚光比为500倍时,该系统可以将整体光电转换效率从传统的聚光光伏电池的28.4%显著提高到44%.因此,该混合发电系统为太阳能的更高效率发电提供了新的发展方向.     

太阳能增压喷射制冷系统能量分析与(火用)分析

为探索太阳能增压喷射制冷系统性能进一步提高的方向和方法,建立了系统的能量模型与(火用)模型,对系统的热力学性能进行了计算分析。采用R245fa为工质进行计算分析。结果表明:系统机械性能系数随着压缩机压比的增大呈先增大后减小的趋势,压比为1.45时达到最优值,热性能系数与(火用)效率随着压比增大而增大;系统的机械性能系数随着发生温度的升高呈先增大后减小的趋势,当发生温度为79℃时,达到最优值9.13,热性能系数与(火用)效率随着发生温度的升高而增大;冷凝温度升高时,机械性能系数、热性能系数与(火用)效率均减小;蒸发温度升高时,机械性能系数和热性能增大,而(火用)效率减小。系统中(火用)损失最大的部件是集热器和喷射器。因此,采用合理的运行参数、提高集热效率和喷射器性能是提升系统性能的关键。     

以R123和R245fa为循环工质的车用余热回收系统的(火用)分析

针对以R123和R245fa为循环工质的车用有机朗肯循环余热回收系统,结合重型车用柴油机的试验数据针对系统进行焖（火用）分析.分析结果表明对于R123系统,在不同的发动机转速下,系统焖（火用）效率随着蒸发压力和发动机负荷增大逐渐增大,但是增长速率均逐渐减小.对于R245fa系统,在不同的发动机转速下,系统焖（火用）效率随着蒸发压力的增大先增大后减小,随发动机负荷的增大逐渐增大.蒸发器是提升中温有机朗肯循环系统系统焖（火用）效率的关键,合理选择及设计系统蒸发器将能够有效提高系统焖（火用）效率.      

利用有机朗肯循环系统回收30t/h燃煤锅炉烟气余热的热经济性评估

设备选择和经济性评估对有机朗肯循环系统(ORC)热力性、经济性和环境影响至关重要。文中以R123为工质,以某厂30t/h蒸发量锅炉烟气余热回收利用作为案例,对ORC系统回收利用烟气余热进行了设备及热经济性计算分析,给出了具体设备热经济计算结果,锅炉烟道中换热管束的布置形式和尺寸。结果表明,系统单位装机容量成本为23 800元/kW,单位发电成本为0.285元/kW·h,投资回收年限为5.58年,净输出功为91.5kW,发电功率为88.5kW。考虑主要设备及运行维护费用,系统总投资约合人民币345万元。     

几种低沸点工质余热发电系统的热力性能比较

基于低品位余热的有机朗肯循环(ORC)发电系统,以某工业装置排出的流量为3×105 m3/h、温度为120 ℃的低温烟气为研究对象,针对几种高温有机工质,分析工质流量以及汽轮机膨胀比对系统性能的影响.研究结果表明:当工质流量小于15 kg/s时,汽轮机及循环热效率随着工质流量增大而迅速提高;但当工质流量超过15 kg/s时,汽轮机效率及热效率变化不大;工质的沸点越大,汽轮机内效率越高;随着汽轮机膨胀比的增加,系统所需的质量流量减小,而系统的热效率及效率提高;当工质流量或吸热量相同时,几种工质中R123的循环热效率最高,输出功率最大,是系统工质的较好选择.     

水平微肋管内有机工质R245fa的沸腾换热性能

为增强有机朗肯循环发电系统中蒸发器的传热能力,对水平微肋管内新型有机工质R245fa的沸腾换热性能进行实验研究。研究结果表明:R245fa沸腾换热系数随质量流速增大而提高,随饱和温度和热流密度增大而减小;随着干度增大,沸腾换热系数先增大后降低,存在1个临界干度;在实验条件下,临界干度约为0.4,并与实验工况有关;超过临界干度时,质量流速对R245fa沸腾换热系数的强化作用增大,而饱和温度对沸腾换热的抑制作用增大;在4种常用关联式中,KANDLIKAR关联式对R245fa沸腾换热性能的预测较精确,预测值与91.6%的实验值偏差在±25%以内,绝对平均偏差为11.2%,能满足工程设计要求。     

太阳能增效的复叠式空气源热泵系统能量分析与及分析

为了提高空气源热泵的效率和稳定性,提出一种太阳能增效的复叠式空气源热泵系统,建立系统的能量模型和模型,以R134a为制冷剂进行计算分析.结果表明:随着中间冷凝温度的升高,系统机械性能系数先增大后减小,当中间冷凝温度为38 ℃时,系统机械性能系数达到最优值;随着中间冷凝温度的升高,效率先增大后减小,当中间冷凝温度为22 ℃时,效率达到最优值;系统机械性能系数、制热量、损失随着蒸发温度的升高而增大;随着太阳辐射照度的增大,系统机械性能系数、效率及制热量均有明显提升;系统中损失最大的部件为集热发生器,提高集热效率、采用合理的运行参数是提高系统效率的关键.     

基于分析的内燃机排气余热ORC混合工质性能分析

使用非共沸混合工质可以降低ORC系统的不可逆损失.为此,建立了内燃机排气余热ORC模型,分析了不同组分非共沸混合工质toluene/R141b在不同蒸发温度和冷凝温度下的热效率、效率和损失.分析结果表明:混合工质的效率均低于纯工质;纯toluene的热效率和效率最高.使用混合工质,一方面可以拓宽工质选择范围;另一方面,由于温度滑移,混合工质可以更好地与热源匹配,减小不可逆损失.     

基于有机朗肯循环的低温太阳能发电系统工质的选择

有机朗肯循环系统利用低沸点的有机物作为工质推动透平做功,在低品位热能的利用方面更有优势.循环工质的选择是影响有机朗肯循环系统性能的关键因素之一.本文针对集热温度120℃,蒸发温度在100℃以下的低温太阳能有机朗肯循环系统进行了工质的研究分析,选择R245fa,R123,R236fa,R113,R245ca,R600,R601 7种工质,以工质的热效率、火用效率及系统不可逆损失为评价指标,利用Matlab和PERPROP软件对候选工质的各热力参数进行了比较.结果表明:低温太阳能有机朗肯循环发电系统的选用R123作为循环工质时具有较高的热效率和火用效率,且系统总不可逆损失较低,适合作为蒸发温度100℃以下的低温有机朗肯循环系统的循环工质.     

用于CNG冷能回收的低温有机朗肯循环系统热力学分析

针对现有压缩天然气(CNG)降压过程中冷能浪费较大的问题,提出使用低温有机朗肯循环系统回收CNG冷能。通过建立低温有机朗肯循环系统模型,探究循环蒸发温度、冷凝温度以及冷、热源温度等参数对系统性能的影响。研究结果表明:系统净输出功和系统热效率随蒸发温度的上升而增加,且存在1个最优蒸发温度使系统?效率达到最大;系统净输出功随冷凝温度的升高存在1个峰值,系统热效率和?效率均随冷凝温度的升高而降低;提高热源温度和降低冷源温度可以有效提高系统净输出功和系统热效率,但过高的热源温度和过低的冷源温度将导致?损失增大,进而降低系统?效率,同时也对系统设备提出了更高的要求。     

低品位能源利用热力学基础及评价

我国具有丰富的低品位能源,如中低温余热能,利用有机朗肯循环(ORC)将这些低品位能源转换为功,对提高我国的能源利用率和改善环境问题具有重要的意义。研究工作进展顺利,取得了如下成果:提出了一种跨临界和亚临界有机朗肯循环耦合系统。对比单级跨临界ORC系统,耦合系统具有较高的热效率和较大的净输出功,中间耦合换热器的节点温差对系统热效率和净输出功具有重要影响。增设预热器后,虽然热效率有所降低,但其净输出功增加较多。以净输出功、热效率和发电成本为性能指标对八种非共沸混合工质在不同成分配比下的系统性能进行了分析和对比。结果表明,混合工质浓度对系统热效率、净输出功和发电成本具有重要影响,可能存在一个最佳浓度比使系统净输出功或热效率最大。计算还发现,混合工质系统经济性相对于纯工质系统并没有优势。基于热经济学原理,建立了亚临界ORC系统的多目标优化模型,优化了相关运行参数及工作流体的选择;研究了在不同热源温度条件下的亚临界ORC系统利用不同临界温度的有机工质时,系统净功、火用效率及电能产出成本与烟气出口温度的对应关系。结果表明,采用不同的性能指标对有机朗肯循环优化所得优化结果不相同,对ORC系统进行多目标优化,可以较好地"协调"各性能指标间的关系,使所要求的各项指标均能达到较优;存在最佳烟气出口温度使系统净功最大和电能产出成本最低,但最佳烟气出口温度总是低于最低允许排烟温度,而系统火用效率始终随烟气出口温度增加而增大。对热源进行了分类。理论和数值模拟两方面都表明:对于耦合第一类低品位热源的ORC,以净功为目标,要求工质具有较高的液体比热和较低的蒸发潜热;对于耦合第二类热源的ORC,期望采用具有较低液体比热和较高蒸发潜热的工质,使系统热效率(净功)较高。针对氢氟烃和烃等组成的二元共沸、非共沸混合工质的在不同冷源条件下的亚临界ORC循环性能分析,得到某些组分下的混合物的循环性能。并阐明了二元混合物组元沸点差、配比、冷源温升与ORC循环之间的匹配关系;设计并搭建了混合物的汽液相平衡实验台、高精度流体密度测量装置,揭示了多元混合物系p-ρ-T-x特性和相平衡特性,获得了高精度物性数据及相关理论预测模型;初步开展了混合工质关键组元的高温相平衡实验研究,模拟结果与文献实测数据有很好的一致性。     

有机朗肯循环-喷射式制冷功冷联产系统热力分析

为充分利用地热能资源,在有机朗肯循环(ORC)基础上,结合喷射式制冷系统(ER),提出了一种新型有机朗肯循环-喷射式制冷功冷联产系统.以110℃饱和地热水为热源,采用R123为循环工质,基于热力学第一、第二定律建立了联产系统热力学理论模型,编制计算程序并以能源利用率为评价指标进行了系统热力性能分析.结果表明,抽汽份额α在0～0.7内,能源利用率随蒸发压力p3增加而增加,而抽汽份额α在0.8～1之间时,能源利用率随蒸发压力增加而逐渐减小;能源利用率随抽汽压力p6增大而增大,且抽汽份额α越大增幅越高;随冷凝压力p10增加能源利用率不断减小,当p10为0.3 MPa,α为1时,能源利用率达到最大值为74.1%;制冷蒸发温度T8越高能源利用率越大,且抽汽份额α越大能源利用率增幅越大.