基于热力学第二定律的有机朗肯循环效能分析北大核心

利用烟气余热驱动有机朗肯循环,可以实现对其余热的综合梯级高效利用。以100℃~150℃烟气余热高效梯级利用为研究目标,综合考虑工质的热物性、安全性和环保性的影响,选取R113,R123,R11,R141b,R600,R245fa六种制冷剂作为有机朗肯循环的工质。基于热力学第二定律分析了六种工质参与的简单有机朗肯循环的效能,研究了热源温度对系统循环性能参数的影响。研究表明,有机朗肯循环的不可逆损失主要集中在蒸发器和膨胀机部分,冷凝器和水泵的损失较小,基本可以忽略;蒸发器部分损失最大,基本达到了总不可逆损失的一半。     

工业余热有机朗肯循环参数优化和分析

本文选取湿流体R134a与R152a和干流体R123与R245fa为工质,对亚临界有机朗肯循环,采用不同的优化目标,进行了蒸发温度和冷凝温度的优化分析。在冷凝温度一定条件下,探讨了蒸发温度对系统性能的影响以及热源初始温度对工质最佳蒸发温度的影响。结果表明,在常见的排烟温度423.15 K条件下,采用干工质,不同优化目标下蒸发温度和冷凝温度优化值差异较大;而湿工质的蒸发温度和冷凝温度优化值差异较小。采用湿工质的系统优化的净电功大于干工质的,但热效率低。湿流体R134a与R152a临界温度低于热源初始温度(20±2)K时,系统存在最佳蒸发温度。可以合理调节系统部件中(火用)损来改变系统热力学性能。     

边界条件对非共沸混合工质有机朗肯循环的影响

有机朗肯循环是利用低温热源的有效措施之一,将非共沸混合工质应用于有机朗肯循环尚存在争论。从热力学角度研究了非共沸混合工质的选择与边界条件之间的关系,以典型的对称型混合工质R601a/R600和非对称型混合工质R245fa/R600a为例,以带内置热交换器的有机朗肯循环为研究对象,以系统净功最大化为目标,分析了冷凝泡点温度和冷却水温升固定时混合工质的最佳浓度及系统性能。研究结果表明不同边界条件的应用对非共沸混合工质的选择具有重大影响。当固定的冷凝泡点温度被采用时,非共沸混合工质的温度滑移现象会降低系统净功,当冷却水温升固定时,温度滑移的适当提高有利于系统净功的增加,但过高的温度滑移会降低系统净功。冷凝泡点温度等于冷却水初温和冷凝器节点温差之和时所对应的净功曲线对系统设计具备指导意义。     

LNG冷能发电朗肯循环工质研究

选取了R290(丙烷)、R1270(丙烯)、R134a(四氟乙烷)和R717(氨)四种循环工质,分析四种不同工质在蒸发温度、冷凝温度下对发电系统热效率及火用效率的影响关系。从热物性方面综合考虑,证明了丙烷应用于LNG冷能海水朗肯循环发电系统的可行性。     

低温热能有机朗肯循环工质选择及性能分析

工质的性能是影响有机朗肯循环性能的重要因素之一。基于工质热力性质、环保性等要求,选择R123、R600a、R601a、R245fa、R236ea、R245ca、R142b及R601作为循环工质,在不同的蒸发温度下,对其热力循环性能进行计算分析,从热效率、系统净输出功、效率等方面进行比较。结果表明:R123是适合低温热能有机朗肯循环系统的循环工质。同时研究分析了膨胀机进口温度和进口压力对系统性能的影响,发现工质以饱和蒸汽状态进入膨胀机膨胀做功,可以使系统性能达到最佳。     

基于粒子群算法的跨临界有机朗肯循环性能优化及工质筛选

本文针对跨临界有机朗肯循环进行了热力计算,并根据工质的热物性与环保性能以及对应循环的热力学性能等因素,经过一系列筛选过程最终优选出了10种综合性能较好的跨临界有机朗肯循环工质。热力计算结果表明,部分有机工质对应的跨临界朗肯循环的效率随膨胀机进口温度或蒸发压力的变化存在最优值。基于此,本文进一步采用粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)对所选有机工质的跨临界朗肯循环性能进行了优化分析。优化结果表明,在所筛选的10种跨临界有机朗肯循环工质中非制冷剂工质propylene的综合性能最好,propane次之;而制冷剂工质中R143a的综合性能较好。     

冷却系统对ORC性能影响的模拟研究

该文利用Aspen HYSYS软件模拟研究了环境温度、冷凝温度和冷凝器工质侧压降因素对有机朗肯循环系统性能的影响,系统采用工业低温废热作为热源,选择R123作为工质,并通过分析得出:受环境温度的影响,夏季的最大系统净功和循环热效率比冬季下降了4.13 kW、3.03%;冷凝温度从24℃上升为40℃时,系统净功和循环热效率分别降低了2.52 kW、1.87%。当冷凝器压降从0 kPa上升为40 kPa时,系统净功和热效率分别下降了1.41 kW、1.43%。     

有机朗肯-蒸汽压缩复合式热泵系统性能研究

建立了采用一种工质的有机朗肯-蒸汽压缩复合式热泵系统,给出了系统性能计算模型。基于此计算模型,比较筛选出复合系统最适宜的工质;研究了复合系统随发生器温度、蒸发温度、冷凝温度的变化特性。有关结论可为设计有机朗肯-蒸汽压缩式热泵系统提供理论指导。     

地热有机朗肯循环系统混合工质优化

针对低温饱和有机朗肯循环发电系统,以R134a、R245fa和R423a为有机工质,采用EES软件模拟分析有机朗肯循环发电系统膨胀机入口温度对系统输出功及其他参数的影响,确定低温有机朗肯循环发电系统的最佳工质选择。结果表明:随着膨胀机入口温度的增加,有机朗肯循环发电系统或膨胀机输出功存在最大值,且采用非共沸混合物R423a时系统或膨胀机输出的功最大,比采用R245 fa为工质时系统输出功增加14.9%;发电系统有机工质质量流量随膨胀机入口温度的增加呈相反趋势变化,回灌温度则与膨胀机入口温度变化趋势基本一致。     

地热温度对有机朗肯循环系统性能的影响研究

本文基于R123、R245fa和异戊烷工质对中低温地热能有机朗肯循环发电系统的性能影响进行了分析,在地源热水温度为90~140℃时,计算冷凝器、蒸发器换热量、泵功率及系统的热效率、损失、不可逆损失等。结果表明:地热源温度越高,系统热效率越高,且同一热源温度下,异戊烷作为工质的系统热效率、损失最高,R245fa次之,R123均最低。     

发动机余热利用蒸气动力循环的工质筛选

本文针对汽油发动机余热温度的特点,采用有机Rankine循环(Organic Rankine Cycle,ORC)回收发动机的排气和冷却水废热。利用计算机程序对循环中各主要状态点的热力参数和热力性能进行了理论计算,确定了最佳参数值,进行了有机工质的筛选。最终选定环戊烷和R113作为发动机余热回收利用蒸气动力循环的工质。     

Thermal modelling and energy conservation studies on freon rankine cycle cooling system with regenerative heat exchanger

This communication presents a thermodynamic analysis and assessment of a Freon fluid Rankine cycle cooling system. The system consists of two subsystems—Rankine engine (RE) power cycle and a vapour compression (V-C) refrigeration cycle. The heat engine subsystem consists of a boiler, turbine, condenser and a feed pump while the cooling subsystem consists of a mechanical compressor, condenser, evaporator and an expansion valve. A number of working fluid combinations for the RE cycle and V-C cycle subsystems have been chosen on the basis of their thermodynamic properties and their suitability judged in terms of the performance parameters, namely, the thermal efficiency of the power cycle and the coefficient of performance (COP) of the refrigeration cycle. A regenerative heat exchanger (RHE) is incorporated in the RE cycle to improve the cycle efficiency and achieve energy conservation.The effects of various operation parameters, namely, component temperatures, adiabatic expansion/compression efficiencies and effectiveness of the RHE on the overall COP have been assessed. It is found that R114 + R22 give the best overall system performance and the presence of the RHE improves the system COP significantly. The effect of V-C cycle condenser temperature is more pronounced as compared to that of the RE cycle condenser and similarly the effect of evaporator temperature in the V-C cycle is more pronounced as compared to that of the boiler in the Rankine cycle subsystem.     

低品位热能有机朗肯循环发电技术进展

有机朗肯循环发电技术是基于有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC),利用低沸点有机工质,将低品位的余热资源转换为高品位的电能的先进技术,能够有效提高能源的利用率,减少能源损失。针对工业过程中大量中低温余热受到各种限制难以回收利用难题,全面综述了有机工质朗肯循环低温余热发电技术现状和进展,具体包括循环工质、关键设备、系统优化以及产业应用等。分析表明,该技术可广泛用于地热能、生物质能、太阳热能等领域的低品位热能开发与利用,其产业化推广将有效提高普遍存在的低温余热利用效率。     

基于实际换热的ORC亚/跨临界综合评价

本文以有机朗肯循环(ORC)跨临界与亚临界工质换热特性最新研究成果为基础,采用热力学指标热源回收(火用)效率,以及经济学中的净现值(NPV)概念,结合换热面积分析,建立了考虑实际换热情况的热力学及经济性模型,更合理、更全面地对亚临界循环与跨临界循环的热力学性能和经济性进行了统一分析,为工程实际中亚临界和跨临界的选择提供...     

Economic power generation from low-temperature geothermal resources using organic rankine cycle combined with vapour absorption chiller

Power generation with low temperature geothermal resources is not economically viable due to the poor thermal efficiency of organic Rankine cycles (ORC). A novel idea is proposed where a vapour absorption chiller (VAC) can be employed to lower the ORC condensing temperature, thus increasing its power output. This paper presents detailed analysis of a VAC that operates with water-lithium bromide to extract heat from the geothermal brine leaving the ORC vaporizer. The evaporator of the VAC serves as the ORC condenser. A computer program is coded to simulate the combined ORC-VAC performance and compare it with that of the conventional ORC. The results indicate that the ORC-VAC option would render power generation more economical. The organic fluid flow rate in the ORC per unit power output is cut by at least 50% in this case, thus reducing the ORC size and turbine cost. Moreover, even though the ORC-VAC includes more components, the total heat exchange area requirement per unit power output remains practically unchanged.     

An evaluation of a rankine cycle driven heat pump

This paper discusses a configuration of a Rankine cycle engine-driven heat pump, and includes a theoretical investigation of its performance characteristics. The system employs a Rankine power cycle, using R-113 as the working fluid, coupled to a vapour compression cycle heat pump using R-22. A novel feature of the concept is the use of hydraulically connected rolling diaphragm piston-cylinder devices as motor, compressor and pump.Heating and cooling COPs of 2.01 and 1.06 respectively are predicted, making the system potentially attractive where both heating and cooling are required.     

燃气-蒸汽联合循环余热回收系统性能研究

燃气发电是我国城市供电的主要形式之一,针对LNG接收站一体的电厂发电模式进行研究,提出一种新型燃气-蒸汽联合循环热电联供系统,利用超临界CO₂布雷顿循环结合有机朗肯循环(ORC)辅助发电,将LNG作为冷源,对烟气余热进行三级利用。通过构建热力学和经济模型,以Aspen Plus软件模拟值为基础,结果表明:在消耗燃料1.704 kg/s(LNG)的条件下,联合循环净发电功率可达45 MW,供热量41.5 MW,余热利用率,热效率和?效率分别为88.50%,52.79%和46.69%。结合热-经济学与参数分析,利用Matlab优化后的最小单位发电成本为0.1529 CNY/kWh。考虑到碳排放价格,供电、供热、供气收益,燃料价格和设备成本,电厂每年的理想收益可达2989.5万元。     

Thermophysical capability of ozone-safe working fluids for an organic rankine cycle system

The thermodynamic performance of a variety fluids circulated in an ideal organic Rankine cycle (ORC) engine has been evaluated with the aid of the Iwai-Margerum-Lu equation of state. Two merit number indices were also calculated to represent the inherent heat-transfer capability of the working media at evaporation and condensation, respectively. The result indicated that the thermophysical capability of compounds correlates with the fluid's normal boiling point, critical pressure and molecular weight. It also showed that HCFC-123 could be one of the most favourable ozone-safe working fluids for the ORC energy-recovery system.     

混合工质中低温热力循环特性研究

本文从热力学第二定律角度出发,对氨水混合工质中低温动力循环进行了分析。通过与简单蒸汽循环的比较,揭示了混合工质热力循环的特性及本质,指出工质蒸发换热过程的匹配及冷凝过程是混合工质循环高效的关键。为了改善冷凝过程,可采用分馏冷凝系统取代传统的冷凝方式。同时,本文还探讨了一些基本规律,明确了余热回收过程中中低温段换热匹配的重要性     

有机朗肯循环系统及其透平设计研究

本文对可用于工业低温余热回收的有机朗肯循环(ORC)热力系统进行简述,采用热力学第一定律、热力学第二定律分析ORC热力系统及其效率,并对有机工质动力透平的特点及设计造型进行概述。最后采用F11,R123,R245ca,R600和R600a为工质,设计有机朗肯系统回收某一工业余热,并以R123为工质进行有机工质透平的气动设计、造型设计和CFD模拟计算研究,并对透平进行造型优化。研究表明,以R123为工质的有机朗肯循环系统能有效可靠利用该工业余热,所设计的有机工质透平基本达到设计要求,透平造型的优化设计能有效改善透平叶轮内部流动。