有机朗肯循环发电系统试验平台设计

目前,我国的工业余热资源丰富,余热资源的合理利用必将对我国能源结构的改革起到很好的促进作用.有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle,ORC）是提高能源利用效率的有效途径之一.其具有结构简单、适用热源温度范围广、余热回收效率高等优点,ORC发电技术已成为余热回收领域的热点课题之一.针对低温余热ORC发电技术进行了理论分析和工质研究,完成了发电目标为20 kW、以向心透平为膨胀机的低温余热ORC发电系统试验平台的设计,并完成了数据采集及控制系统的设计.20 kW （小功率）向心透平的设计,扩大了低温余热ORC发电系统的应用范围,促进了余热资源产业的发展.     

内燃机余热回收ORC系统三层次评价方法

针对内燃机余热回收ORC系统评价优选的不完善性,在综合考虑安全环保可靠性、热力学性能、技术经济性及节能减排效益这三层级属性因素基础上,提出了一种结合多级非结构模糊决策的三层次评价方法:评价模型建立、系统优化和评价决策.根据提出的方法,建立了用于某柴油机排气余热回收的简单循环和回热循环系统模型,对这两系统分别采用7种工质的14个方案进行了优化与评价决策.结果表明:回热循环较简单循环系统有较优异的综合性能;考虑不同层级因素时方案间的优劣排序会产生变化.验证了此评价优选方法的可行性,可拓展应用于内燃机多余热源回收采用不同结构、循环方式和工质的ORC系统优选.     

基于有机朗肯循环的内燃机余热回收系统准动态模拟

作为一种有效的提高内燃机整体热功转化效率的技术手段,基于有机朗肯循环(organic rankine cycle,ORC)的内燃机余热回收技术受到越来越多的关注。通常来讲,组织合理的ORC的最关键的技术在于选择合理的循环工质和合适的膨胀机。对于车用内燃机余热回收,同时需要考虑内燃机的运行工况以及由此带来的烟气流量和温度的变化,以对余热回收系统进行有效的控制,达到最佳的工作效率。采用数值模拟的方法对内燃机排气进行余热回收,在不同软件环境下建立一维详细内燃机子模型和有机朗肯理想循环子模型,并将其进行耦合,达到根据内燃机工况变化进行准动态模拟的要求。通过对水,R123a和R245fa三种不同循环工质的考察发现,利用水作为循环工质具有最高的热效率,然而由于水是湿工质,大多情况下不能产生过热蒸汽,因而不适于作为余热回收的工质。对于两种有机制冷剂,R245fa比R123a具有更高的循环效率。通过对WHSC循环准动态模拟显示,需要对ORC的工质流量根据内燃机工况进行控制。通过目前较简单的控制,循环总效率可提高8.1%。     

车用柴油机变工况下双有机朗肯循环系统的性能分析

为充分利用柴油机的余热能量,针对一台车用六缸柴油机,设计了一套双有机朗肯循环系统,用来回收柴油机的排气能量和冷却系统具有的能量.该双有机朗肯循环系统包括高温循环和低温循环,均采用R245fa作为工质,高温循环用于回收柴油机排气能量,低温循环用于回收柴油机冷却系统能量和高温循环冷凝过程中工质所释放的能量.通过台架试验,在研究柴油机变工况下余热能分布特性的基础上,对双有机朗肯循环系统的余热能回收潜力进行了分析. 分析结果表明:在柴油机整个工况范围内,双有机朗肯循环系统的净输出功率最高可达26.58 kW,系统热效率最高可达14.62%;柴油机-双有机朗肯循环联合系统在燃油经济性和动力性方面具有明显的优势.      

中低温热能驱动的非共沸工质有机Rankine循环

有机Rankine循环(organic Rankine cycle, ORC)是目前实现200℃以下中低温热能高效热功转换的主流技术之一。非共沸工质可有效减少换热■损,实现组元性能的优势互补,扩大工质遴选范围,正在成为ORC领域研究应用的新趋势。该文总结了作者团队在非共沸ORC系统优化设计、性能分析等方面的研究进展,并在常规非共沸工质ORC的基础上引入了双压蒸发循环以改善蒸发过程的温度匹配,显著减少换热■损;引入分液冷凝方法提升了非共沸工质的冷凝换热性能,大幅降低系统成本。总体而言,非共沸工质可显著提升ORC系统的热力性能,分液冷凝方法又可有效解决其所需换热面积大、热经济性能差的缺陷;因此,非共沸工质在ORC系统中具有广阔的应用前景。     

梯级回收发动机多品位余热的新型双朗肯联合循环

针对发动机排气、冷却水余热、汽轮机中膨胀后的工质乏气以及经过单级换热后的排气处于不同品位,提出了一种梯级回收发动机余热的新型双朗肯联合循环．此系统中两级循环均采用亚临界饱和循环．在第1级循环中,以水作为工质,没有预热循环,直接利用排气与其换热;在第2级循环中,以 R123作为工质,用发动机冷却水和第1级循环中汽轮机出口的工质乏气对 R123进行串联预热,预热后的工质与经过第1级换热后的排气再进行换热．结果表明：系统发出的净膨胀功和循环热效率随两级循环蒸发压力均是先增大后趋于平坦;当第1级循环蒸发压力大于12,MPa、第2级循环蒸发压力大于1.5,MPa时,净膨胀功和循环热效率增长不大．     

螺杆膨胀机双循环低温余热回收系统分析

针对100℃以下流体的余热回收,建立了采用低沸点工质的双循环螺杆膨胀机余热回收系统优化模型,根据工质在蒸发器出口的热力状态不同,对不同膨胀过程求解,并分析了影响系统性能的主要因素.结果表明:对于工质蒸发温度的选择,当可以忽略蒸发侧泵耗时,宜采用以机组效率最大为目标进行优化设计,当必须考虑蒸发侧泵耗时,宜采用以系统效率最大为目标进行优化设计;对于螺杆膨胀机膨胀比的选择,当余热温度<100℃时,工质R245fa的最佳膨胀比为4,丁烷的最佳膨胀比为3,当余热温度>100℃时,最佳膨胀比的值增大;对于循环工质的选择,应考虑单位质量做功能力强、蒸发压力低和最佳膨胀比小的有机物等.     

柴油机多品位余热回收低损跨临界联合循环模拟

为了提高柴油机多品位、大温差余热的回收利用率,提出了一种低损跨临界有机朗肯联合循环,其中高温级循环用于回收温度较高的柴油机排气余热和废气再循环(EGR)余热,低温级循环回收柴油机冷却水余热、增压空气余热、与高温级循环换热后的排气余热和EGR余热.高温级对比分析了3种硅氧烷工质MM、MDM和D4,低温级选用了R143a,模拟研究了高低温级参数对循环性能的影响.结果表明:高低温级均存在最优的蒸发压力,高温级冷凝压力在允许范围内越低越好;高温级采用MM较MDM和D4循环性能更好,循环净功最高可以达到36.36,kW,损只有4.5,kW;各部分余热的利用率均在86%以上;增加高低温级的回热效能均可以提高循环性能.     

道路工况下有机朗肯循环系统节能潜力分析

针对有机朗肯循环(ORC)的研究集中于理想发动机而对真实道路工况下的研究不足的现状,对真实道路工况下ORC系统的节能潜力进行了分析。利用GT-Suite软件中的不同模板,分别建立了发动机、ORC系统、动力传输系统和其他零部件的模型,并在此基础上建立了整车仿真模型。仿真结果表明,发动机和ORC系统模型准确。利用所建整车模型分析了新欧洲驾驶循环(NEDC)和重型柴油车(HHDDT)高速巡航两种道路工况下发动机的排气能量特性、ORC系统的运行特性及节能潜力。结果表明:NEDC工况下的发动机排气能量波动较大,变化范围为5.8～36kW,平均能量回收效率为2.01%,其中,市区工况下的平均排气能量为10.3kW,平均能量回收效率为1.34%,郊区工况下的平均排气能量为18.3kW,平均能量回收效率为3.32%;HHDDT高速巡航工况下的发动机排气能量波动较小,变化范围为5.2～27.7kW,平均排气能量为20.0kW,平均能量回收效率为4.01%;ORC余热回收系统更适用于高速巡航及郊区工况,应尽量避免在车速较低且波动较大的市区工况下使用。     

亚临界有机朗肯循环发电系统热经济性分析

热经济性分析是利用有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)发电技术回收低温余热设计方案的核心内容之一.利用在MATLAB软件中自编的ORC热经济性程序,计算得到了6种常见的有机工质在不同蒸发温度下亚临界ORC发电系统的系统?效率和动态投资回收期,并进行了对比分析.结果表明,对任一有机工质而言,系统?效率随蒸发温度的升高先增大后减小,动态投资回收期随蒸发温度的升高先减小后增大.有机工质R124具有最大的系统?效率,而有机工质R245fa具有最小的动态投资回收期.     

用于余热回收的三压力氨水动力循环的热力性能

为了提高低温余热动力回收系统的吸收驱动力和增强蒸发器抗低温腐蚀的能力,提出了三压力氨水吸收式动力循环(3p-AWPC).在卡列纳循环的基础上,添加了一个预热器,以分离器出口的稀溶液加热来自高压氨泵的工作溶液.采用Schulz方程、质量与能量守恒定律,对循环倍率、工作成分、基本成分、热源温度和冷源温度进行优化分析,研究工作浓度与基本浓度最佳配对关系.给出了在热源温度为200℃及冷却水温度为25℃条件下,3p-AWPC方案的热力性能优化算例.结果表明,动力回收效率为9.62%,比相同冷热源进口参数条件下水蒸气朗肯循环(SRC)的动力回收效率约增加16.5%.     

海洋温差能发电系统新型热力循环理论分析

 海洋温差能发电系统新型热力循环在Kalina循环基础上增加贫氨溶液回热支路和抽气回热支路以提高热力循环效率。应用能量守恒原理和热平衡方程对新型热力循环--国海循环进行理论研究,计算了不同的透平入口蒸汽压力、氨水混合工质浓度、温海水温度和冷海水温度条件下的循环效率。理论计算结果表明,氨水混合工质浓度对国海循环效率影响显著,冷热源温度确定的条件下存在最优的氨水混合工质浓度使得循环效率最高,当温、冷海水温度分别为26、5℃,氨水工质浓度为92%时,系统效率最大达到4.56%;当氨水混合物浓度不变时,循环效率随透平入口蒸汽压力的升高先升高后降低,存在极大值;冷海水入口温度对循环效率影响很明显,而温海水温度对循环效率影响较小。     

蒸发浓缩中开式循环热泵的使用

使用热洋,对蒸发操作中余热物流采用开式循环系统,直接压缩以提高其热值,加以回收利用,作为蒸发热源,运用热力学分析,讨论其致热系数及节能效益。     

一种具有回热功能的呼吸鼻式新风装置实验与研究

为提高室内空气品质和节约建筑能耗,文中设计了一种具有回热功能的呼吸鼻式新风装置.它利用在通风道中设置储热体的方法,将废气中的部分有效热能保存下来,并利用新风送回室内,从而减小建筑能耗.介绍了装置的工作原理和性能测试方法,并在模拟房间内,分别对冬季供热和夏季供冷两种情况下该呼吸鼻的储热体温度变化规律、换热效率和节能量进行了实验测试.实验结果表明,本装置每小时换风量达到60 m3,冬季可节省新风热负荷约280 W,夏季节约新风冷负荷270 W,装置的热回收效率可达80%.      

钻井柴油机废气余热分析研究

随着经济的快速发展与能源供应相对不足的矛盾日益突出,柴油机废气余热回收利用越来越受到重视。针对钻井常用柴油机Z12V190耗油量大、热效率低、大部分热量以废气余热形势随废气排到大气中、能源浪费较大等问题,分析柴油机燃烧反应与废气成分,分别根据质量守恒定律和能量守恒定律,建立了废气排量计算模型和废气余热量计算模型;并举例计算。分析发现:Z12V190柴油机废气排量较大,废气排量随废气含氧量增加急剧增加;废气余热量随废气排量增加呈线性增加。废气余热量较大,具有较好的经济开发前景,结合当前存在的利用柴油机废气余热热管锅炉、热力发电、热能储藏等实际应用,为钻井用柴油机废气余热回收利用做理论基础。     

新型硅胶-水吸附式冷水机组动态运行特性

针对一种由2个吸附/解吸真空腔和1个蒸发器热管工作真空腔组成的新型硅胶-水吸附式制冷机进行了实验研究,确定了吸附床的热力性能及机组的动态运行特性.实验结果表明:在运行过程中制冷机表现出了独特的运行特性,吸附床也表现出了良好的热力特性,系统运行采用了一种新的高效吸附制冷循环方式;系统运行的回质过程增大了循环吸附量,提高了制冷机对低温热源的适应能力.