抽汽-乏汽联合回热对低温蒸汽ORC系统热力性能影响

为充分回收矿藏热采过程中尾端的低温蒸汽余热,根据热力学第一、第二定律,在单独抽汽回热、单独乏汽回热系统的基础上,提出一种新型抽汽-乏汽联合回热系统,并建立以低温蒸汽为热源的抽汽-乏汽联合回热理论模型。通过编制计算程序分别对带抽汽回热的ORC循环、乏汽回热ORC循环以及联合回热ORC循环的热力学性能进行了分析,并与无回热ORC循环的性能进行了比较。结果表明:3种回热循环的热效率、净输出功以及火用效率均随蒸发压力升高而升高,其中联合回热循环的热力性能最高,分别能达到11.37%、7 593 kW及51.9%,比相同工况下的无回热ORC循环分别增高百分比为19.6%、12.5%及15.1%;对于单位功耗火用损,各循环则表现为随蒸发压力的升高而逐渐递减,且有联合回热循环的单位功耗火用损<抽汽回热<乏汽回热<无回热ORC循环,在蒸发温度为105℃时,对应单位功耗火用损分别为0.91、0.95、1.06及1.22;同时,在相同抽汽压力下,联合回热循环的抽气系数α小于单独抽汽回热循环,工质质量流量基本相同,联合回热循环具有更好的热力性能。

低温蒸汽联合回热ORC系统变工况热效率的优化

为研究变工况下抽汽-乏汽联合回热系统的热力性能,建立热源与冷源变化的联合回热系统模型,对不同抽汽压力、不同回热器效能下系统热力性能随热源温度T_g与冷源温度T_0变化的规律进行分析,并在变工况下对不同回热循环系统的热力性能进行比较。结果表明:在不同抽汽压力与回热器效能下,系统净输出功、热效率均随热源温度升高不断增加,效率存在一最佳值;系统各热力性能随冷源温度增加则不断降低;在变工况下,当热源温度较高或冷源温度较低时增加抽汽回热、乏汽回热效果显著,在热源温度T_g=140℃,冷源温度T_0=10℃时,其热效率分别比其他三种循环(抽汽回热系统、乏汽回热系统、无回热系统)高1.03%、1.13%及2.78%,同时,热源与冷源温度增加,最佳抽汽压力增大,反之降低。