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。     

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。     

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。     

R1233zd(E)热稳定性及热解机理的实验和理论研究

有机朗肯循环(ORC)是一种前景广泛的热电联产技术,R1233zd(E)是一种在ORC中表现良好的环保型有机工质,有机工质的热稳定性对于工质在ORC中的应用至关重要。本文采用实验和理论方法对其热稳定性及热解机理进行了研究。采用高温高压反应釜研究了热解气态产物、热解固态产物、热解温度区间和压力对热解的影响等。通过ReaxFF模拟方法研究了工质的主要热解路径、压力和分子结构对热解的影响。结果表明,R1233zd(E)热解的主要气态产物是HF和HCl,热解中有黑色固体生成,R1233zd(E)的热解温度区间为250～270?C,压力对R1233zd(E)热解速率无明显影响, R1233zd(E)的热解路径主要有均裂反应和抽提反应两大类。     

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。     

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%。     

超临界ORC系统综合性能优化

应用有机朗肯循环(ORC)进行低温余热的回收,不但注重其热力学性能还要考虑其经济性。本文分别选取R125和R143a作为超临界ORC的工质,采用EES软件,应用四种综合性指标对超临界ORC参数包括膨胀机进口压力、冷凝温度和换热器夹点温差进行了优化。结果表明,在工业锅炉中常见的排烟温度423.15 K的条件下,采用F_4作为综合指标进行优化时,获得的循环参数最好,适宜作为超临界ORC的优化指标;以F_4作为目标进行优化,超临界ORC膨胀机进口参数和冷凝温度都存在优化值;当蒸发器和冷凝器夹点温差固定其中一个时,另外一个可能存在优化的状况;当蒸发器和冷凝器夹点温差之和固定为某一值时,蒸发器和冷凝器夹点温差存在优化的分配。     

HFC245fa作为有机朗肯循环工质的热稳定性和材料相容性研究

对于中高温热源,有机朗肯循环是一种高效灵活的能量回收利用方式。但在中高温热源的温度范围内,有机物可能会发生热分解,因此有机工质的热稳定性成为制约工质筛选的首要因素。HFC245fa因为其良好的热力性能和环保性,被认为是有良好应用前景的有机朗肯循环工质。本文主要对HFC245fa的热稳定性和材料相容性进行实验研究。结果表明,HFC245fa的热分解温度在300~320℃之间,且铜和铝对HFC245fa的热分解都有明显的催化作用。同时HFC245fa也会改变部分材料的物理性质,同时在材料表面产生积碳。     

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。     

螺旋管内超临界CO_2/DME混合工质冷却换热特性研究

CO_2/DME(Dimethyl ether二甲醚)混合工质作为制冷剂既可以降低CO_2单独使用时过高的工作压力,又可抑制二甲醚的可燃性。针对跨临界热泵系统中制冷剂在超临界压力下放热时复杂的传热性能,本文对超临界CO_2/DME混合工质和超临界CO_2在螺旋管内流动冷却的换热过程进行了数值模拟研究。结果表明,与纯CO_2相比,在高温区CO_2/DME混合工质的换热性能更优;通过比较不同配比的CO_2/DME混合工质的换热特性,得到了不同温度范围对应的换热性能最优的CO_2/DME混合工质配比。此外,对固定质量比的CO_2/DME混合工质,分别分析了不同质量流速和热流密度下的流体温度、壁面温度及传热系数的变化规律,并与纯CO_2传热系数的变化进行了对比。该研究为制冷剂选取及热泵系统中气冷器的优化设计提供了理论依据。     

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。     

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。     

零ODP的中高温热泵工质HTR04实验研究

本文综合考虑了环保和中高温水源热泵对制冷剂的特殊要求,通过研究工质的热物理性质、材料相容性、油溶性,研发了一种臭氧层破坏潜能(ODP)为零的非共沸中高温热泵混合工质HTR04,并在中高温水源热泵试验台机组上进行了新工质的热工性能试验.实验结果表明该工质能够稳定产生80℃的热水,且有较高的性能系数,可与R134a压缩机兼容.该工质的实际工程应用前景良好.     

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。     

基于HFOs工质的有机朗肯循环系统热经济性能分析

本文建立了150℃地热水驱动的有机朗肯循环(ORC)系统热经济性能分析模型,对7种氢氟烯烃类(HFOs)工质和3种含HFOs的混合工质开展优化分析。以系统净现值(NPV)为优化目标,采用遗传算法对蒸发温度、过热度、蒸发/冷凝过程夹点温差和冷源出口温度等五个系统参数进行优化,分析各参数对系统热经济性能的影响。并将HFOs工质的热经济性能与R134a、R600a和R245fa进行对比。结果表明,R515A和R1234ze(E)的热经济性能最优,且均优于三种对比工质;其中,R515A的系统净输出功最大,R1234ze(E)的NPV最大,而R452B和R1234yf的热经济性能较差。     

HFC32/PVE的材料相容性实验研究

HFC32作为HCFC22理想可替代制冷工质之一,由于其和谐兼顾环保安全、节能减排以及市场转轨等诸方面要求,逐渐成为了替代应用研究的热点。本文基于目前国际上的制冷工质材料相容性研究方法,综合考虑HFC32和润滑油热物理性质,建立了一套针对性的材料相容性实验测试方法,实验研究了设定工况下HFC32及润滑油PVE与选定的压缩机密封材料PET和PA的相容性。结果表明:HFC32/PVE与PET和PA,在低水分浓度的润滑油测试条件下,具有较好的相容性。但在高水分浓度的润滑油及高温环境的测试下,PET材料的性能下降幅度要大于PA材料。     

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%。     

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...     

ORC换热设备结构与操作参数多目标同步优化

随着全球性的能源紧缺和环境问题日益严重,通过充分利用可再生能源和工业余热资源,从而提高能源利用效率是缓解能源和环境问题的重要方式。有机朗肯循环(ORC)是最有应用前景的低品位热能发电技术之一。本文针对ORC系统建立了结构参数和系统操作参数同步优化的换热设备多目标优化模型,采用R245fa为工质和板式换热器,以效率最大和比投资成本最小为目标函数。首先分析了单个变量(蒸发压力、冷凝压力、过热度、蒸发器板间距、冷凝器板间距)对系统性能的影响,然后选取了系统的运行参数(蒸发压蒸发压力、冷凝压力、过热度)和换热器的结构参数(蒸发器和冷凝器的板长、板宽、板间距)九个参数为决策变量,利用遗传算法进行ORC换热设备结构与操作参数多目标同步优化,获得多目标优化的Pareto最优前沿及对应的最优系统运行参数和最佳换热器结构参数组合。     

R245fa有机朗肯循环发电系统运行性能实验研究

有机朗肯循环(ORC)利用低温热源实现热电转化的技术特点,是实现余热有效回收利用的重要途径。基于R245fa为循环工质的ORC发电系统,研究低温热源温度变化对系统循环热效率与发电效率的影响。结果表明:在冷却端温度不变的工况下,热源温度的提高使循环蒸发压力上升,膨胀比增大,等熵效率提升,膨胀做功能力增强,系统循环热效率、熵效率、发电效率均增大。夏季运行,冷却水进水水温为(30±1)、(35±1)℃,热源温度从89.6℃升至112.5℃时,系统发电效率分别由6.9%、5.8%升到8.7%、7.4%,系统■效率分别由43.4%、38.8%升到62.7%、62.3%。