柴油机朗肯循环余热回收系统的效率预测模型

有机朗肯循环(ORC)技术可以有效回收重型车用柴油机的排气热能。但在道路运行过程中,其排气热源不稳定,冷源的维持也需要消耗能量,使得蒸发压力和冷凝压力的在线优化与控制实施均存在严峻挑战。为此,建立了ORC余热回收系统的效率预测模型,以ORC系统的热力学第一定律模型为基础,抓住蒸发器阶跃响应的宏观特征,提出了有效换热量的动态修正模型,以及工况模式切换的预判因子,并采用简化机理和数据建模相结合的方法,建立了冷凝器散热功耗的经验模型;提出了基于效率预测模型的ORC余热回收系统优化控制架构及策略。道路仿真结果表明了效率模型和优化算法的有效性:ORC系统的有效做功时间达到94%,蒸汽过热度控制在5~15 K之间,冷凝器散热功耗与发电功率的比值维持在20%以下。     

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。     

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。     

利用LNG冷能与工业余热的有机朗肯循环研究

本文提出用有机朗肯循环同时回收LNG冷能和工业余热,选择乙烷作为工质,对循环进行了详细的热力分析.分析结果表明,随着蒸发压力的升高,循环热效率及做功量都增大;当蒸发器出口温度低于240℃,蒸发压力取值较高时,冷凝器会出现不允许出现的负夹点温差,冷凝器换热不足,换热后不能使LNG达到汽化的最终温度;利用温度低于260℃的工业余热与LNG冷能时,为解决原循环高压力下冷凝器的换热不足问题,需在原循环的基础上增加一个换热器。     

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。     

有机朗肯循环工质热稳定性研究进展

介绍了有机朗肯循环(ORC)工质热稳定性研究进展,总结归纳了ORC工质热稳定性在实验和理论两方面的研究成果,并对现有的ORC工质热稳定性实验方法进行了分析。结合分析结果对ORC工质热稳定性研究进行展望,指出未来可能的发展方向。     

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。     

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。     

联合液化空气储能的有机朗肯循环研究

有机朗肯循环(ORC)是中低温余热资源的一种有效利用方式,但其平均吸、放热温度差值较小,使得系统的循环效率不高,经济性不够理想,从而严重制约其发展.液化空气储能(LAES)是近年兴起的一种新型储能技术,其电力恢复阶段需要热量的输入。若通过合理的设计,将液化空气储能技术与ORC技术相结合,则可降低现有ORC系统的冷凝温度,提升其发电效率.本文以基本的ORC循环系统为基础,对比分析了丙烷、R-134a及R-22三种工质在常规冷凝和结合液化空气储能技术冷凝条件下的循环性能.结果表明,联合液化空气储能的ORC循环效率大幅高于常规ORC。     

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。     

槽式太阳能有机朗肯循环热发电系统模拟

本文借助TRNSYS软件建立了具有辅助锅炉,无蓄热和回热系统的典型槽式太阳能有机朗肯循环热发电系统,采用西安地区的气象参数作为输入,分析讨论了槽式集热器不同跟踪方式的差异、有机工质和蒸发温度对有机朗肯循环的效率和输出功率的影响、循环冷却水流量与输出功率的关系。模拟结果表明:在全年大部分时期,槽式集热器的南-北轴跟踪效率优于东-西轴跟踪;在相同条件下,采用蒸发温度高的有机工质,系统的输出功率和循环效率较好;对于不同的运行参数,存在一个最佳循环冷却水流量,使系统的净输出功率最大。     

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。     

耦合化学链燃烧和有机朗肯循环的多联产系统

本文将甲醇化学链燃烧间冷循环和内置CO_2超临界热泵的有机朗肯循环集成,提出了一种新的分布式冷热电多联产系统。以外置热泵循环为参比系统,利用ASPEN Plus对新系统和参比系统进行热力学模拟计算,并通过图像(?)分析方法(EUD分析法)对两系统的关键对比部位进行了(?)损失图像比较。结果表明,新循环的(?)效率和能量利用率分别比参比循环高约4%和20%,同时可以实现动力系统和CO_2分离技术一体化。     

低温地热有机朗肯循环混合工质设计初探

地热作为一种在地球上广泛分布的可再生能源,可利用的温度较低。有机朗肯循环ORC是一种有效的利用低温热能发电的途径。对于不同温度的热源,采用合适的工质,可以提高系统的发电效率,因此工质的选择是关键。本文针对170℃,150℃,130℃的热源,构建了适合的五种混合工质,并进行了热力循环、环保性和安全性的计算。结果表明,与纯工质相比,混合工质可以平衡环境、安全以及系统性能等多方面的要求,达到综合最优的效果。     

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。     

循环参数对微型有机朗肯循环系统性能的影响

为探究ORC系统循环参数对系统性能的影响,以R123为工作流体,在热力学分析的基础上对微型ORC系统建立数学模型,探究工质质量流量、冷却水流量以及热源温度对ORC系统性能特征的影响,结果表明三者的增加均能提升系统循环净功、循环热效率、发电功率以及发电效率,从而有助于提高系统的热力性能,系统循环净功与发电功率最大值分别为0.558 kW、0.167 kW;系统所达到最大热效率和最大发电效率分别为8.96%和2.61%。     

非共沸工质有机朗肯循环的热力学分析

通过热力学推导,给出了基于Jacob数和蒸发冷凝温度之比来预测理想非共沸工质有机循环热效率和输出功的理论公式,同时与利用Matlab编程计算的数值计算模型进行了对比.同时以空气作为热源,采用水冷的方式,以R227ea/R245ca作为工质,研究了不同的冷却水温升和冷却水进口温度对其不同质量分数下的输出功的影响.结果发现,当冷却水温升小于工质的温度滑移时,二者相等时存在输出功的当地最大值;当冷却水温升大于工质的温度滑移时,温度滑移最大时存在输出功的最大值。在相同的冷却水温升下,冷却水的进口温度越低,工质相同质量分数下输出功越高,同时最大输出功对应的工质质量分数不变。     

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。