低温烟气有机郎肯循环系统热力性能与经济性的对比分析

以工业低温烟气余热有机朗肯循环(ORC)发电系统为研究对象,选取了两组共4种工质,基于热源参数分别对系统热力性能及经济性指标进行计算,分析不同工质系统的热经济性与经济性指标的变化,对4种工质的热力性能指标、经济性指标以及最佳工况进行对比分析。结果表明,同组工质的净功量和热耗率变化相似且数值接近,但电力生产成本和投资回收期差别较大。同一工质的最佳热经济性工况和最佳经济性工况存在差异,在本文条件下,工质最佳经济性工况下的蒸发温度高于最佳热经济性工况下的蒸发温度约8~10℃。R600a为所选4种工质中兼顾经济性与热经济性的最佳工质,采用R236ea的系统热力性能好于R600,而采用R600的系统电力生产成本始终低于R236ea,R600相比于R236ea具有明显的经济性优势。

有机工质向心透平变工况性能预测及系统性能分析

在以工业烟气余热为热源的有机朗肯循环系统中,当工业生产过程发生调整时烟气参数会发生变化,导致系统热力参数有所改变,向心透平偏离设计工况运行,且在变工况时透平性能的变化直接影响系统热力性能。以150℃低温烟气为热源,采用R245fa为工质,确定设计工况,对向心透平进行设计。采用CFD软件模拟透平在设计工况和热源参数变动导致的变工况条件下的运行状况,提出重构过程法求解透平热力性能参数,对透平变工况热力特性进行预测,分析变工况时透平性能与系统热力性能的关系。结果表明,变工况时透平相对内效率呈现先增大后减小的趋势,功率相对设计工况下降了35.258 kW。在透平各项损失中余速损失最大,当热源温度在130℃以下时摩擦损失系数的增大仅次于余速损失系数;热源温度降低则系统热效率下降,与透平相对内效率相比,理想循环热效率对系统热效率的影响更大。

有机工质向心透平数值计算及性能分析

有机朗肯循环发电技术在回收低品位热源方面具有明显优势。以150℃的低温烟气为热源,选用R245fa和R600为工质,在相同热源参数下,确定透平设计条件,采用筛选法对透平进行热力设计,根据设计参数对透平进行三维造型及数值模拟研究,分析各工质透平通流部分的流场,并结合系统热力性能参数,对透平整体性能进行分析。由计算结果可知,与R245fa透平相比,R600透平的通流部分流场分布较合理,且透平相对内效率和系统输出功率均较大,分别达到了75.13%和75.34k W,与给定热源条件具有较好的匹配性。

有机工质向心透平设计参数优选及热力设计

选用6种干工质,在相同低温热源参数下,确定有机工质向心透平设计工况,采用筛选法对透平进行设计参数优选及热力设计,并分析不同工质透平的热力设计方案与热源的匹配性。在参数选取阶段,应结合工质物性避免加速因子过大,有机工质向心透平较为适用的设计参数选择区域与文献推荐的有所不同;由计算结果可知,采用R600a设计的透平相对内效率居中,但系统热效率最高,为9.96%,内功率最大,为80.69 k W,采用R123的系统热效率为8.44%,内功率最低,为68.54 k W;采用R600a和R600工质透平的系统热效率和内功率较高,几何尺寸相对较小,与给定热源条件具有较好的匹配性。