空分系统压缩热回收利用方法比较研究

本文将三种空分压缩热的利用方式加以比较,包括有机朗肯–空分压缩热回收系统(ORC-ACS),有机朗肯–电驱动式蒸气压缩–空分压缩热回收系统(ORC-VCR-ACS),以及有机朗肯驱动式–蒸气压缩–空分压缩热系统(ORVC-ACS)。计算结果显示,ORVC-ACS具有最高的节能性和经济性,其节能功率可达1723 k W,折合节约电量15.1 GWh/a,空压机节能率达7.5%。ORC-VCR-ACS次之,其最高节约功率约为1268 k W,ORC-ACS的节能功率最低,其最高节能功率约为783 k W。ORVC-ACS的最高净现值约为9.9千万元,折现回收周期小于3.2年,具有较高的经济效益。ORC-VCR-ACS和ORC-ACS的最高净现值和最大折现回收周期分别约为9.7千万元、3.4年和4.4千万元、4.8年。此外,三个系统每年最多可节约二氧化碳分别为10.8、11.4和4.9百万吨,显示出巨大的环境潜力。     

小型低温余热发电系统性能分析

采用R123作为循环工质,建立了小型低温余热回收系统的理论模型和试验系统,分析了膨胀机转速对容积效率、热电效率、系统不可逆损失的影响.研究结果表明,在试验转速范围内,涡旋膨胀机容积效率随着转速的增加而增加,计算值高于试验值;系统热电效率的计算值随着转速的增加而降低,试验值先增加后减小,并低于理论值;系统不可逆损失随着转...     

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...     

利用液化天然气冷能的低温动力循环

提出一种带吸收器的混合工质低温动力循环,LNG和海水分别为冷源和热源。以单位LNG输出功和可用能利用率为性能参数对循环进行计算,并对采用四氟甲烷（CF₄）/丙烷（C₃H₈）和乙烯（C₂H₄）/丙烷（C₃H₈）新型混合工质循环与常规丙烷朗肯循环（ORC）进行比较。结果表明,本循环明显优于常规丙烷朗肯循环,单位输出功和最大可用能利用率分别比朗肯循环提高了66.3%和79.6%,最佳LNG利用温度分别为-59.6℃和-54.6℃。     

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。     

沼气内燃机烟气余热ORC热电联产系统研究

以青岛市某污水处理厂为例分析了该厂现有沼气热电联产系统存在能源利用率及?效率低的问题,并提出了内燃机烟气余热+ ORC热电联产的余热利用方式.通过对改进后系统经济性、环保性及热工性进行计算分析,得到改进后的系统在满足污水厂中温厌氧发酵需热量的前提下全年发电量可增加60.2万kW·h,预计2.67年可收回初投资成本,相比...     

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。     

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%。     

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。     

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。     

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。     

新型全时段耦合余热的卡诺电池系统构建及热–经济性评估

卡诺电池(CB)是可同时实现储电和余热回收利用的新兴储电技术。当前耦合余热卡诺电池(TI-CB)仅在充电环节利用余热,余热利用不充分。本文提出一种全时段耦合余热的卡诺电池系统(DTI-CB),通过将余热与有机朗肯循环(ORC)耦合,实现余热与卡诺电池全时段高效集成,并对其热–经济性能进行评估。相比TI-CB系统,DTI-CB最高可提高95.67%的发电能力和降低30.90%的平准化度电成本;相比ORC发电和CB独立系统,DTI-CB在高负荷条件下具有更高的热经济性优势。     

发动机排气余热换热器传热窄点研究

本文以发动机排气余热回收有机朗肯循环系统排气换热器窄点为研究对象,针对亚临界有机朗肯循环系统中排气换热器窄点位置确定方法的不足之处,提出了一种简单快捷的确定窄点位置的新方法-平衡点法。选取R123为工质,对不同窄点温差下的各循环参数进行计算,得到了各参数值。结果表明:随着窄点温差取值的增大,换热面积与换热量等循环参数都呈减小趋势,并且在较小窄点温差值变动时对上述参数影响更加显著。传热窄点温差的取值要综合考虑传热效果、系统性能与经济性因素。     

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。     

空分压缩余热自利用的理论增效极限研究

大规模空分系统中,利用各级空压机出口的低品位余热,经热驱动制冷循环转换后反馈用于冷却各级入口,可使实际过程进一步趋近于理想的等温压缩过程,实现压缩余热自利用和压缩过程自增效的目的。以10万规模空分中空压系统的余热回收为例,基于气体压缩和热功转换基础理论,构建理想情况下压缩余热反馈增效的热力学模型,分析该方法对压缩过程的理论增效极限。进一步,研究了压缩机级数、环境温度等关键因素对于压缩效率提升的影响规律。结果表明,在热机循环冷端温度和制冷循环热端温度为40°C的条件下,当环境温度为20°C时,四级自增效流程的理想节能率可达5.39%。此外,节能率与压缩机级数和环境温度分别呈负相关和正相关。整体而言,此方法理论上可达到的节能效果显著,具有较大的发展应用潜力。     

利用LNG冷能的混合工质中低温热力循环开拓研究

为提高中低温余热回收动力系统性能,本文在常规混合工质热力循环（火用）分析基础上,提出了结合LNG冷能利用的新型混合工质热力循环。通过与LNG的有机结合,混合工质热力循环热效率提高14.5个百分点,（火用）效率达到53.6％。为进一步揭示效率提高的原因,我们比较了常规混合工质热力循环与LNG-混合工质热力循环的（火用）损失变化情况。结果表明:LNG-混合工质热力循环高效的关键在于循环平均放热温度的降低以及工质蒸发过程与冷凝过程换热的合理匹配。而LNG冷能的梯级利用则是系统具有较高（火用）效率的根本原因。     

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。     

中低温余热与甲醇化学间冷相结合热力循环研究

本文基于探讨中低温余热与清洁合成燃料间接燃烧相结合的能量释放新思路,揭示同时降低燃烧过程品位损失和提高低品位能的功能力的机理。采用图象佣分析方法,明确地指出甲醇间接燃烧佣损失减少的原因。从系统集成角度,探讨燃气轮机循环中利用压气机间冷的低温热与甲醇吸热裂解相结合的热力循环,并研究和揭示该循环热力特性规律。本文为能量释放新机理的研究和构思新颖中低温余热的热力循环提供基础依据。