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。     

利用重力增压的新型有机工质热力发电循环

与水蒸气朗肯循环给水泵相比,有机朗肯循环工质泵存在技术难度大、效率低、易气蚀和单位功率成本高等问题。本文提出了一种利用重力增压的新型有机工质热力发电循环,冷凝器出口工质不经过泵而依靠重力增压,然后进入蒸发器气化。分别采用R113、R123和R245fa三种干工质分析了不同蒸发温度和冷凝温度下循环所需的重力增压高度。并基于泵的实验数据,比较了该热力循环与泵增压有机朗肯循环的性能。结果表明,相同工作温度下沸点和密度越高的工质所需的重力增压高度越小。在蒸发温度100℃和冷凝温度50℃时,若采用R113,新型循环所需的重力增压高度为22.2 m,热效率为8.1%,比泵增压循环效率高约0 8%。该重力增压循环显示了应用于热电联供领域的潜力。     

超临界有机朗肯循环工质的选择

以8种有机工质(R134a.,R22,R32,R227ea,R143a,R218,RC318,R152a)作为研究对象,对其超临界有机朗肯循环的单位净输出功、循环效率、循环功比、膨胀机入口体积流量等参数进行了理论分析,结果表明以R152a和R134a为工质的超临界有机朗肯循环具有较高的单位净输出功和循环效率,以及较小的体积流量。而采用回热循环可进一步有效提高循环效率。     

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。     

耦合低温热源的亚临界有机朗肯循环系统参数优化

以亚临界有机朗肯简单循环为研究对象,理论分析得到影响系统性能的独立变量:膨胀机进口温度、进口压力、冷凝温度和热源出口温度。当给定冷凝温度且以蒸发器窄点温差为约束变量时,独立变量减少为膨胀机进口温度和进口压力。在此基础上,以耦合低温热源时的系统热效率作为评价指标,对8种常用有机工质的亚临界简单系统性能的变化规律进行分析,得到循环系统全局最优性能的运行参数。结果表明:系统热效率由循环热效率和热源效率共同决定,采用有机工质R236fa、R123和R236ea的循环热效率相对较高;由于热源的耦合作用,采用有机工质R236fa、RC318和R236ea的系统热效率相对较高。     

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。     

太阳能有机朗肯循环研究与应用综述

太阳能有机朗肯循环系统即采用有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC),利用低沸点有机工质,将低品位的太阳辐射热能转换为高品位的机械能或电能进行输出,可进一步提高太阳能的利用率,降低系统成本。本文基于国内外相关研究成果,介绍了太阳能ORC系统及工作原理,分析了工质优选、系统性能分析与评价时所需要考虑的因素,并对太阳能ORC系统的改进与应用情况进行了综述。最后针对目前太阳能有机朗肯循环研究中存在的集热效率及系统效率不高、技术推广能力有限等问题提出了合理化建议。     

低温工业余热利用ORC工质选择

本文针对以85~200℃的低温工业余热作为热源的有机朗肯循环系统,基于热力学第一定律分析方法,以R245fa、R600a、R601等19种潜在工质作为研究对象,计算各有机工质在不同工业余热温度、蒸发温度及蒸发器出口过热度条件下的系统热效率,为低温工业余热资源不同温度范围匹配效率最优的有机工质。结果表明:各温度段低温余热资源对应效率最优的有机工质分别为R290、R600、CF_3I和R601,而目前应用较多的R134a和R245 fa在对应温度段的热效率也仅次于上述工质。     

基于AHP-熵值法的双级有机朗肯循环综合评价

为改善单目标评价局限性,获取双级有机朗肯循环(ORC)系统的综合最佳性能,选取8种有机工质,针对低温地热水,以输出功、热效率、效率、单位净功输出所需换热面积APR、单位电力产出成本LEC为评价指标,采用AHP-熵值法对其进行综合评价分析。结果表明,不同指标下最佳蒸发温度与最优工质不同;热源温度为373 K时,各工质综合评价指标ξ值为R1234yfR227eaR600aR1234zeR245faR236eaR236faRC318,高温级最佳蒸发温度为351 K,低温级最佳蒸发温度为330 K;热源温度为383 K、393 K、403 K、413 K、423 K、433 K时,最优工质为R1234yf、R227ea、R245fa、R236fa、R236fa、R600a,最佳蒸发温度随热源温度升高逐渐升高,接近临界温度后具有下降趋势,各工质在接近临界温度工作时具有较高性能。     

基于MODA算法的有机朗肯循环多目标优化

针对中高温烟气驱动的有机朗肯循环发电系统进行多目标优化设计,以热效率和单位输出功率的系统总投资成本(PER)为多目标函数,选取蒸发温度和冷凝温度为决策变量,引入多目标蜻蜓算法(MODA)对工质苯的最佳循环参数进行寻优,采用一维向心透平效率模型取代固定透平等熵效率,并对工质进行敏感性分析。结果表明:透平效率随蒸发温度增加单调减少,随冷凝温度增加单调增加;在帕累托前沿中,随着热效率的增加,变透平效率寻优结果中PER迅速增加,定透平效率寻优结果中PER增加相对较平缓;热源温度越高,定透平效率寻优结果和变透平效率寻优结果差异越大。     

化学热力学方法对工质热稳定性的预测与实验验证

利用150~350℃热源范围的中高温有机朗肯循环在可再生能源和工业余热利用领域具有广泛的应用前景。但是在中高温热源温度下,有机工质可能会发生热分解,因此热稳定性成为中高温有机朗肯循环工质筛选的首要限制条件。本文提出一种化学热力学方法来对有机工质的热稳定性进行预测。首先通过理论分析给出可能的反应途径;再选择吉布斯函数作为指标,计算各反应中ΔG=0时的温度,以最小值Tg作为表征热稳定性的参数。通过与已有的实验结果比较,发现不同有机工质Tg值的相对大小关系与热分解温度的相对大小关系基本一致。使用化学热力学方法对R152a的热分解温度范围进行预测并设计实验进行验证,实验结果与预测结果相符合。     

太阳能中低温有机朗肯循环系统的设计与分析

本文设计了一输出功率在100 kW左右的太阳能中低温有机朗肯循环系统,完成了系统核心部件有机工质向心透平的设计与造型。CFD计算结果显示有机工质向心透平的设计基本满足要求,有机工质在向心透平内部流动特性良好,流线分布均匀,未出现分离和明显的涡。本文设计的系统可以实现太阳能的利用,为今后的生产实践提供参考。     

超临界地热有机朗肯循环工质参数优化

本文针对中温地热流体,分析超临界有机朗肯循环工质参数对系统净输出电功的影响,确定了系统最佳运行参数及工质选择标准。采用EES软件模拟分析地热流体温度及膨胀机入口参数对系统输出净功的影响。结果表明,对超临界有机朗肯循环系统,当系统输出净功达到最佳值时,膨胀机入口温度较高,烷烃类和其他新型工质成为工质选择对象,而且在确定的地热流体温度和膨胀机入口压力下,合适选择膨胀机入口温度会使系统净输出电功达到一个最佳值。     

有机朗肯循环地热发电系统工质选择

本文针对有机朗肯循环地热发电系统,在地热水90~150℃范围内,选取5种有机工质,以最大净发电功率(W_(net,max)作为热力性目标对系统进行参数优化,并将优化结果进行比较与分析。结果表明,在选取地热水温度范围内,发电系统使用干流体作为循环工质时,经参数优化后可几乎同时达到W_(net,max)和APR_(min)。系统以W_(net,max)为目标时,工质R245fa可选为最佳适用工质。     

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。     

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。     

液化天然气冷能发电效益分析

通过分析LNG的温焓、温熵特性和不同压力下的可用能,揭示LNG冷能发电循环效率最大化原则和影响可用能利用率因素。同时对实际有机朗肯+直接膨胀复合循环进行参数计算,分析循环在不同压力下的LNG冷源条件下的效率及变化特点,并与不可逆卡诺循环和普通朗肯循环进行比较。结果表明,各种循环都存在一个最佳LNG冷能利用温度,使得循环性能最佳,而且随着LNG汽化压力的增大,循环效率呈下降趋势。在LNG汽化压力较高的情况下,回收直接膨胀功使得复合循环的效率及可用能利用率明显优于普通有机朗肯循环。     

一种基于内燃机余热回收的冷电联供系统

本文建立一种基于内燃机余热利用的冷电联供系统,构建了热力学数学模型,研究了关键热力参数对联供系统热力性能的影响。结果表明:布雷顿循环透平膨胀压比的降低、压气机进口温度的降低及透平进口温度的增加,均有利于系统热力性能的提升;有机朗肯循环透平进口压力的增加能使得系统的电能输出及总效率增加;喷射式制冷循环喷射器进口工作蒸气压力增加能提高制冷量及制冷效率。为了获得联供系统的最佳设计参数和性能,采用遗传算法,对系统进行单目标优化,得出此联供系统最大效率能达到54.22%,此时电能输出为31.58 kW,制冷量输出为3.15 kW,系统能较好地回收内燃机余热。     

结合ORC和ARC的中温余热回收系统

中温余热回收过程中传热温差大,系统(火用)效率较低,本文提出一种结合有机朗肯循环和单效吸收式制冷系统的中温烟气余热回收系统。利用热力学第一定律和第二定律对系统建立了数学模型,分析了新系统中有机朗肯循环蒸发温度、冷凝温度等参数对系统性能的影响。同时对系统各主要部件进行了(火用)分析,并与双效溴化锂吸收式制冷系统进行了比较,通过T-Q图分析了新系统及参考系统的换热过程。结果表明新系统的(火用)损失从139.19 kW降低到93.18 kW,(火用)损失减少机理在于换热温差降低。     

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。