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.     

氨水工质朗肯循环

根据核供热堆热电联供热源和冷源特点，提出了与之相适应的新型动力循环－非共沸混合工质氨水朗肯循环。叙述了氨水朗肯循环的工作原理，并与同等条件下蒸汽朗肯循环进行了比较分析。结果表明，新型动力循环－非共沸混合工质氨水朗肯循环具有较高的发电效率，适合核供热堆所提供的热源和冷源条件，是一种很有潜力的低温热源新型动力循环。     

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.     

跨临界有机朗肯循环性能分析

选取24种有机工质对利用低品位余热的有机朗肯循环系统性能进行理论分析,研究发现：当膨胀机入口工质为饱和状态时,最大净功出现在T1/TC≈0.98～0.99处,且临界温度高的工质作功能力明显优于临界温度低的工质。对于超临界ORC循环,只要P1不太低,提高T1有利于增大净功、热效率及效率。超临界ORC的作功能力并非总是优于饱和或过热ORC。所有工质状态从亚临界饱和转变为超临界状态时,净功、热效率、效率及质量流量的变化都是不连续的。     

混合工质泄漏对有机朗肯循环发电系统性能的影响

基于有机朗肯循环系统中各部件、管道等密封导致的实际系统运行过程中不可避免地存在着循环工质的泄漏问题,结合余亥姆霍兹自由能状态方程、混合法则和等温泄漏模型,研究了非共沸混合工质R245fa/R601a（初始质量配比为0.6/0.4）在ORC发电系统蒸发器中泄漏率为0~50%时对混合工质配比以及循环性能的影响.结果表明:非共沸混合工质泄漏会造成混合工质配比及工质热物性的变化,系统循环性能也会改变,且蒸发出口段发生液相泄漏时对循环性能影响最大.随着泄漏率的增大,比净输出功减少率可达12.23%.      

变冷凝工况地热有机朗肯循环发电系统

针对有机朗肯循环发电系统中冷凝介质温度随环境温度变化而变化,地热源载热流体参数恒定的问题,采用EES软件计算分析了饱和有机朗肯循环发电系统在使用工质R245fa和R601a时输出净功随冷凝介质温度变化的规律,同时分析了膨胀机最佳入口温度、膨胀比和工质流量3个主要参数的变化。结果表明：当地热流体温度为130 ℃,冷凝介质温度从30 ℃降到0 ℃时,有机工质在膨胀机入口的最佳温度升高且波动幅度达15 ℃,同时系统净输出功增长达120%;工质质量流量增加超过30%,膨胀比增大约2倍。     

内置热泵的热电冷联合有机朗肯循环能效分析

文章对内置热泵结构的小型太阳能驱动的热电冷联合有机朗肯循环(Combined Cooling Heat andPower-Organic Rankine Cycle,简称CCHP-ORC)系统进行了热力分析,与一般CCHP-ORC系统相比,该系统利用低品位能源利用效率更高。CCHP系统用引射器代替热泵压缩机,将热泵与ORC合并,热泵系统的加入提高了CCHP系统能量利用率。系统热力计算将系统高温热源、环境温度和需求温度固定,采用R245fa作为系统工质,以热电联合循环为例对系统进行热力计算,得到了在给定条件下系统的最佳工作参数。通过对比可知内置热泵能较大提高CCHP-ORC系统的能量利用率。     

有机朗肯循环混合工质的热力学分析

有机朗肯循环是利用低品位余热的关键技术之一,在一定程度上可有效缓解能源危机。相比于传统的纯工质,混合工质因其在换热器中具有温度滑移特性,可以更好地与热源进行耦合。因此选用混合工质可以使机组的效率得到更进一步的提升。通过采用二次迭代的方法,热源温度为120℃时,理论分析了以R245fa为参考的6种混合工质对,其混合比例对系统输出功与效率的影响。结果表明:工质吸热量一定的情况下,系统采取混合工质可以获得比纯工质更高的输出功、热效率。当吸热量为197.29 k W时,以纯R245fa为工质的系统最大输出功与热效率分别为11.98 k W与6.07%。存在最佳混合工质对R113/R245fa(质量分数0.7∶0.3),相比于纯工质R245fa,输出功与热效率分别提高了22.87%和22.89%。同时发现,无量纲积分温差ΔT~*与系统净输出功、热效率之间存在反比关系。当工质为R113/R245fa(质量分数0.7∶0.3)时,在最大净输出功工况下,6种混合工质对下的最小值ΔT~*为0.233。     

有机朗肯循环系统研究综述

在研究了大量的文献资料的基础上,简单介绍了有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统的运行原理,并分别对ORC系统的循环工质、性能影响参数、系统优化方式以及主要应用领域等方面的研究进展进行了论述。ORC系统作为一种热力发电系统,虽具有十分广阔的发展前景,但已有研究主要集中在理论分析上,要推广其应用,仍存在许多实际问题需要解决。     

废热源驱动的有机朗肯循环系统变工况性能分析

预测了废热源驱动的有机朗肯循环(ORC)系统在变工况下的性能,循环工质为R245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷).在经过实验数据验证的模型基础上,对所研究的ORC系统进行了变工况分析.结果表明:充分利用烟气余热,有助于系统性能的提高;对冷凝器中的工质应合理冷却,所研究系统的过冷度在0.5~0.6 K为宜;由于夏季环境温度大大高于冬季,所研究系统的输出功偏离额定工况30%以上;根据各地的实际情况,合理选择额定工况设计点,可以改善系统性能,使之四季工作在额定工况点周围,有利于系统有效工作.     

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％.     

Kalina地热发电循环分析

 Kalina地热发电循环的首次运用是在2000年7月的冰岛胡萨维克。运行两年后通过测试,Kalina循环被认为是利用中低温热能最具应用前景的方式之一。本文通过工程方程求解器EES编制计算软件,完成了系统循环过程的模拟计算,计算结果与实际运行参数吻合较好。在此基础上,对影响Kalina地热发电热力循环效率的汽轮机入口压力和氨的质量浓度进行了分析。同时,也对汽轮机的安全运行范围进行了计算。最后,分析了系统的火用损失。     

环境温度对余热驱动的有机朗肯循环系统性能的影响

研究了环境温度改变对余热驱动的有机朗肯循环系统性能的影响.在循环工质为HFC-245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷),环境温度为25℃时,系统输出功偏离额定工况达30%以上.而在环境温度上升时,由于循环的平均温度与环境间的温差减小,系统总不可逆损失减小.研究结果表明应根据各地的实际情况,合理地选择额定工况点,使系统始终工作在额定工况点周围,有助于其有效、稳定的工作.     

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。     

氨水吸收式制冷GAX循环中临界热源温度的理论分析

对氨水吸收式制冷GAX循环进行了理论分析,阐述了GAX循环存在临界热源温度的原因,编制了计算机模拟程序,分别对氨水吸收式制冷GAX循环与一般循环系统进行了理论计算与比较.得出了GAX循环性能与热源温度之间的变化关系:在蒸发温度为3 ℃、冷却水为32 ℃的条件下, GAX循环系统最低临界热源温度为110 ℃;在蒸发温度为3 ℃时, GAX循环系统最低临界热源温度值随冷却水温度的提高而升高;只有热源温度高于临界温度值时, GAX循环性能系数才能得到提高.所得结论为在实际氨水吸收式制冷系统中是否采用GAX循环提供了决策依据.     

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。     

热力系统的计算机集成设计系统

为帮助热力系统的设计人员快速、准确地掌握复杂系统的动、静态特性，保证热力系统的优化设计和安全运行，研制了高起点、多功能的热力系统仿真研究系统－清华计算机集成设计系统（ＴＨＣＩＤＳ），它由建模系统、仿真研究集成环境、数采与测试系统、可视化环境与仿真器开发四部分组成。该系统采用了图形化及模块化建模、计算机网络等新技术和方法，可以进行热力系统的设计、方案比较、系统特性研究、控制系统的设计、控制规律和策略的研究以及软硬件的测试等，并具有良好的开放性和可扩充性。     

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%。     

低温有机朗肯循环系统参数的理论与实验优化

着眼于低温热能的发电利用,以R245fa为循环工质、系统比净功最大为目标,针对进口温度为90,℃的热水型热源开展有机朗肯循环参数理论优化与系统参数实验优化研究.理论优化得最优蒸发、冷凝温度分别为62,℃和33,℃.ORC系统实验得最优蒸发温度为69,℃,此时系统实验比净功为4.31,kJ/kg;测得实验所用涡旋式膨胀机的最优转速和最优压比分别在800,r/min和1.9左右,在该转速和压比附近,膨胀机的定熵效率取得最大值82.7%.