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。     

内燃机余热回收有机朗肯循环系统研究综述

有机朗肯循环(Organic Rankine cycle, ORC)系统是一种回收内燃机余热的有效方案之一,目前受到越来越多的关注。由于内燃机余热形式多样,温度梯度大且存在变温特性,基本有机朗肯循环用于回收内燃机余热有一定难度。本文对内燃机有机朗肯循环系统的相关研究进行了综述,以余热最佳匹配循环为基础,分别从工质和系统结构方面对比分析了超临界ORC,混合工质ORC,双回路ORC和添加额外回路ORC四种方案。采用温熵(T-S)图映射法,根据有机朗肯循环与理想循环的接近度,总结了多种有机朗肯循环系统用于内燃机余热回收的潜力。分析发现在相同的循环系统下,具有较高临界点的工质和有较大的温度滑移的混合工质更有优势,相同工质下,双回路ORC和添加额外回路的ORC是解决内燃机余热波动的合理方案之一。     

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。     

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。     

有机工质热稳定性的离解能预测方法

有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)在可再生能源和工业余热等领域有着广泛的应用,目前热源温度范围更高的超临界ORC由于其高效率、低损失等优势得到广泛的关注。随着热源温度的提高,有机工质的热稳定性成为更为重要的工质性质,是工质筛选工作中需要首先确定的关键因素。目前针对有机工质热稳定性的研究主要集中在实验方面,而要对上百种适用工质进行筛选,合适的理论预测方法是必要的。本文提出了一种对有机工质热稳定性进行预测的离解能预测方法,可以实现对于不同种类有机工质热稳定性的理论预测。计算结果表明工质的最小离解能能够很好的表征工质热稳定性的相对大小;同时选择HFE7100作为验证对象对预测方法进行实验验证,发现实验结果与预测结果相符合。同时通过对最小离解能的计算对不同官能团对工质热物性的影响以及不同种类工质在超临界ORC中的适用性进行了分析讨论。     

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。     

有机工质向心透平气动设计与变工况性能预测

本文按实际气体计算有机工质蒸气物性,编写有机工质向心透平气动设计和变工况性能预测程序,对以R123为工质的向心透平进行气动设计优化、变工况性能预测计算。通过数值实验模拟分析三维流动情况和整机性能,结果显示透平设计和性能预测结果有效、可靠,但气动设计对强激波引起的损失及气流偏转估计不足,需要改进气动设计和性能预测方法,优化叶型。     

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。     

混合工质有机闪蒸循环热力学分析

有机朗肯循环(ORC)是将中低品位能源转化为有用功的有效途径。传热过程不可逆损失大是导致ORC系统效率低的重要原因,基于混合工质的有机闪蒸循环(OFC)可以同时优化蒸发器和冷凝器换热过程的温度匹配,有望进一步提升ORC系统效率。本文选取R245ca/cyclopentane、pentane/isohexane等4种混合工质,通过热力学分析对比了200℃的饱和水为热源驱动下的混合工质ORC和OFC性能,获得了混合工质质量分数和热源出口温度对系统效率的影响。发现降低热源温度能显著提高OFC系统效率,而ORC系统存在最优热源出口温度。优化热源出口温度后,混合工质OFC系统效率能与ORC系统相当甚至在一定质量分数范围内超越ORC系统,其中,混合工质neopentane/cyclopentane质量分数为0.6时,OFC最高效率达到46.87%。     

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。     

一种热泵循环工质与R22的可用能对比分析

目前在制冷、热泵系统中广泛使用的循环工质R22由于具有较大的GWP值和ODP值,所以终将被淘汰。针对工质R22的替代研究,本文提出了一种新型的非共沸混合工质R290／R600a／R123(50％／10％／40％),并在小型试验台上做了热泵工况的试验分析。将该工质在各工况下的试验结论与相应工况下R22的试验结论进行对比分析后发现该工质的可用能分析优于R22的研究结论。     

一种非共沸混合工质的循环特性分析

本文首先利用CSD方程进行了理论分析,得到了R290/R123/R600a物系的COP值、单位容积制冷量、冷凝和蒸发压力的相图;然后,在小型压缩式热泵实验台上进行了实际工况运行分析,发现该工质可以在较大的温度范围高效循环,这也是目前其它工质所不具备的特点。     

MM工质热分解及其对ORC系统影响的研究

热稳定性是限制有机工质在有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)使用的重要因素。硅氧烷类工质具有低毒环保、化学性质稳定等优点,适用于150~350℃热源。本文研究了六甲基二硅氧烷(MM)工质热分解的特点及其对ORC系统的影响,结果表明,MM的热分解产物为硅氧烷类化合物及微量气态小分子碳氢化合物;热分解将导致系统性能下降,分解量足够大时,会出现蒸发器换热不充分导致膨胀机入口处工质干度低于1从而影响机组安全的问题。     

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.     

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.     

碳氢化合物与R152a的混合物替代R12的理论研究

碳氢化合物与Ｒ１５２ａ的混合物替代Ｒ１２的理论研究吴之春，马一太，吕灿仁，陈东（天津大学热能研究所天津３０００７２）关键词：碳氢化合物，制冷系统，混合替代工质一、引言随着ＣＦＣ替代工质研究的不断深入，人们逐步发现Ｒ１２的替代物Ｒ１３４ａ存在着许多不足...     

Conversion of low-grade heat from FCC absorption-stabilization system to electricity by organic Rankine cycles: Simulation and optimization

In this study, the organic Rankine cycle (ORC) is applied to be integrated into the fluid catalytic cracking (FCC) absorption-stabilization system to extract and convert the low-grade process heat to electricity. This newly integrated system is simulated by the Aspen Plus software. For the simulation, eleven different dry and isentropic working fluids are selected to investigate the energy conversion performance of the incorporated ORC system. It is found that, the performance depends highly on the operational parameters, such as mass flow rate and the evaporation pressure of the working fluids, outlet temperature of the process stream. After optimization, the working fluids R124 and R227ea are determined to be the best candidates due to their highest output net work in HCT (high critical temperature) and LCT (low critical temperature) working fluids, respectively. A further optimization has been conducted based on the economic evaluations (i.e., electricity production cost (EPC) and total annual profit (TAP)). Results show that, for the HCT working fluids, the use of working fluid of R245fa allows the EPC to be the lowest, while the application of R124 obtains the highest TAP. For the LCT working fluids, R227ea is the best choice due to its lowest EPC and highest TAP.     

经ORC处理银衬底上核酸碱基的SERS研究

利用天线共振子模型对银的表面增强喇曼散射(SERS)特性进行了计算和分析.结果显示，银增强因子在近红外的1.38 eV处为最大，达140以上；近紫外3.35 eV、3.90 eV、4.30 eV位置处依次减小，分别为60、48、45；而在可见光区，银增强因子的最大值为70. 在经氧化还原过程(ORC)处理的银片上做了核酸碱基腺嘌呤、尿嘧啶的SERS谱，腺嘌呤的SERS谱虽然存在荧光的影响，但SERS效应明显.尿嘧啶的SERS谱出现4个明锐的峰值，1035 cm－1是所出现的最强的模式，该模式应是尿嘧啶在核酸中存在的SERS环呼吸模式，可作为检测尿嘧啶存在的判定依据.