不可逆亚临界简单有机朗肯循环功率和效率优化

应用有限时间热力学理论建立了考虑外部热源与循环工质之间的传热损失、内不可逆性损失和循环总换热面积一定时的亚临界简单不可逆有机朗肯循环模型;采用R245fa作为循环工质,由优化换热器面积分配对循环的输出功率和热效率进行了优化,分析了输出功率和热效率之间的关系和工质泵/膨胀机的不可逆性对输出功率和热效率的影响。

近(亚)临界有机物朗肯循环的性能分析

针对有机物工质物性在近临界区的奇异性,选用了适用于近(亚)临界有机物朗肯循环(ORC)的3种典型工质:R236fa、R142b、R152a,建立热力学模型分析近临界循环与亚临界循环在性能上的差异,并从工质物性角度分析产生差异的原因。结果显示近临界循环的各项性能参数与亚临界循环差异明显;近临界ORC的比吸热量、比净功和热效率随蒸汽发生温度的变化缓慢,具有良好的变工况性能;这3种工质中干性工质R236fa最适用于近临界ORC。近临界ORC性能上的奇异性主要与有机物工质的潜热和干湿性在近临界区的特性有关。

亚临界有机朗肯循环系统工质筛选及热经济性分析

针对开口热源与闭口热源两种热源类型,选取423.15和463.15 K两种热源温度,模拟分析采用非共沸混合工质亚临界有机朗肯循环(ORC)热力学及热经济性特性。四种热经济性指标[平均化发电成本(LEC)、单位净输出功换热器面积(APR)、单位时间成本(Z)以及净输出功指标(NPI)]结果具有一致性,具有相同的抛物线形变化趋势。随着选取工质临界温度的升高,各热经济性指标发生规律性变化,其中由热力学筛选准则筛选的工质具有较高热经济性能,表明热力学筛选准则在热经济性方面同样具有较高的适用性。

内可逆有机朗肯循环有限时间热力学优化

运用有限时间热力学理论建立了循环总换热面积一定时,考虑热源与循环工质的传热损失的亚临界简单内可逆有机朗肯循环模型。采用R245fa作为循环工质,分析了总换热面积、蒸发器面积比和循环工质的质量流率对循环净输出功率、热效率和热源出口温度的影响,发现合理选择上述参数可使循环的性能参数较优。所得结果对亚临界有机朗肯循环装置的设计和使用具有一定的指导意义。

亚临界有机朗肯循环发电系统热经济性分析

热经济性分析是利用有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)发电技术回收低温余热设计方案的核心内容之一.利用在MATLAB软件中自编的ORC热经济性程序,计算得到了6种常见的有机工质在不同蒸发温度下亚临界ORC发电系统的系统?效率和动态投资回收期,并进行了对比分析.结果表明,对任一有机工质而言,系统?效率随蒸发温度的升高先增大后减小,动态投资回收期随蒸发温度的升高先减小后增大.有机工质R124具有最大的系统?效率,而有机工质R245fa具有最小的动态投资回收期.

采用二元非共沸工质的有机朗肯循环热力学分析

建立了亚临界混合工质有机朗肯循环热力学模型,基于沸点差法提出了混合工质筛选方案,以净输出功为目标函数优化了蒸发参数和质量配比,针对不同热源温度筛选出了最佳混合工质;比较分析了最佳混合工质和最佳纯工质的系统性能参数、损分布.结果表明,各热源温度下最佳混合工质的净输出功均超过了同热源温度下的最佳纯工质,增长幅度为0.13%~5.04%.较小的汽化潜热和接近冷却水温升的冷凝温度滑移是混合工质净输出功大于纯工质的主要原因;混合工质的膨胀机进口处压力、温度均低于纯工质,最大降低幅度分别达到了27.08%和9.93%;混合工质的膨胀机损和冷凝器损均小于纯工质,总损也低于纯工质.

基于中高温热源的双级有机朗肯循环性能研究

以利用中高温热源的双级有机朗肯循环系统为研究对象,选取R141b-R245fa、n-pentaneR600和isopentane-R114分别作为双级有机朗肯循环系统的工质,一级循环采用超临界循环,二级循环采用亚临界循环,研究分析了系统的热效率、效率、各级工质质量流量、烟气出口温度、净输出功等参数的变化情况。研究发现:在一级蒸发压力增大的过程中,采用n-pentane-R600、isopentane-R114的循环系统的热效率与效率均先增大后减小、净输出功则一直减小,采用R141b-R245fa的循环系统的热效率和效率则一直保持增大的趋势;所选取的三个系统中一级循环与二级循环中的工质均随一级蒸发压力的变化而发生变化,但变化幅度均不大;系统的烟气出口温度普遍偏高,系统性能具有进一步提高的潜力。

耦合低温热源的亚临界有机朗肯循环系统参数优化

以亚临界有机朗肯简单循环为研究对象,理论分析得到影响系统性能的独立变量:膨胀机进口温度、进口压力、冷凝温度和热源出口温度。当给定冷凝温度且以蒸发器窄点温差为约束变量时,独立变量减少为膨胀机进口温度和进口压力。在此基础上,以耦合低温热源时的系统热效率作为评价指标,对8种常用有机工质的亚临界简单系统性能的变化规律进行分析,得到循环系统全局最优性能的运行参数。结果表明:系统热效率由循环热效率和热源效率共同决定,采用有机工质R236fa、R123和R236ea的循环热效率相对较高;由于热源的耦合作用,采用有机工质R236fa、RC318和R236ea的系统热效率相对较高。

中温余热热源有机朗肯循环工质比较

结合算例,在建立平准化电力成本计算模型的基础上,考察7种工质(2-甲基丁烷、一氟二氯乙烷、丙酮、正庚烷、苯、辛烷、甲苯)亚临界循环、超临界循环热效率、平准化电力成本,考虑工质的环保及安全性,评价工质对中温余热热源有机朗肯循环的适用性。7种工质亚临界循环的热效率均随蒸发温度升高而增大,平准化电力成本均随蒸发温度升高而减小。7种工质超临界循环达到的最大热效率均高于亚临界循环,平准化电力成本均低于亚临界循环。膨胀机入口压力为5. 5 MPa条件下超临界循环综合性能优于入口压力6. 0 MPa。无论亚临界循环,还是超临界循环,苯、甲苯均在热效率和平准化电力成本方面表现出最佳的综合性能,一氟二氯乙烷的综合性能居中。苯、甲苯虽然毒性低,但可燃性较高,工程应用中存在较大风险,对管道、设备的密封提出更高要求。一氟二氯乙烷不仅环境友好,而且毒性低、不传播火焰,现阶段适合作为中温余热热源有机朗肯循环工质。

非共沸混合工质ORC在近临界状态时的性能分析

对于临界温度较低的工质,不仅适合亚临界有机朗肯循环,也适用于超临界有机朗肯循环。该文针对使用150℃低温烟气作为热源的有机朗肯循环(ORC),采用R236fa、R152a和两者作为组分的9种不同浓度配比的非共沸混合物共11种物质作为循环工质,使用热力学第一定律和第二定律分别分析了这11种工质在临界状态附近的参数变化情况。研究结果表明,由亚临界状态过渡到超临界状态时,系统的净输出功、吸热量均不连续。在近临界状态时,混合工质的净输出功大于纯工质。

中低温工业余热ORC回收装置的工质发展与应用

工业余热领域热源类型多样,如何筛选安全、稳定、高效的循环工质,成为有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)研究的关键性问题之一。采用纯工质作为工作流体更有利于工程应用中对系统的维护。本文在综述近五年国内外适用于中低温工业余热有机朗肯循环纯工质研究的基础上,探讨了亚临界循环和超临界循环ORC动力回收装置中循环工质的发展与应用现状。

考虑环境影响的ORC系统综合评价指标及性能分析

为综合评价有机朗肯循环(ORC)系统的热经济和环保性能,采用?参数量化工质的环境影响,提出了结合工质环境影响和循环热经济性能的综合评价指标'综合环境影响?效率',在150℃的低温热源条件下,对考虑工质环境影响的亚临界有机朗肯循环和跨临界有机朗肯循环的系统性能进行了分析对比,结果表明,综合考虑循环热经济性能和工质环境影响因素时,R123和R32分别为亚临界有机朗肯循环系统和跨临界朗肯循环系统的最佳工质;跨临界ORC系统循环净输出功率要高于亚临界ORC系统,但是跨临界ORC系统较高的循环蒸发压力会引起工质泄漏量的增加,进而造成综合环境影响?效率并不高,所以综合考虑环保和循环性能时,亚临界ORC系统是较好的选择。

超/亚临界ORC联合发电系统热力性能分析

本研究在单纯超临界、亚临界的ORC(有机朗肯循环)发电系统基础上,提出一种新型超临界、亚临界ORC联合发电系统,并建立其理论模型。通过编制计算机程序,分别对单纯超临界、亚临界ORC以及新型联合发电系统的热力性能进行比较。结果表明:采用R143a、R245fa作为联合系统的两循环区工质,当依次单独改变超临界、亚临界区蒸发压力时,各循环区质量流量变化与单纯超临界、亚临界ORC相似。前者随蒸发压力的增大而逐渐递增,后者则呈相反变化趋势,联合发电系统的热力性能均优于单纯超临界、亚临界ORC。同时随两循环区蒸发压力的增大而不断提高,但增幅减小,且提高超临界区蒸发压力可使系统热力性能最佳。采用R134a、R245fa作为系统两循环区有机工质,可使联合发电系统火用损失达到最小。

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了参考。本文结果表明,当综合考虑换热器面积、NPV等经济性指标时,跨临界循环在单纯的热力学分析中所展现的高于亚临界的优势减少。针对工业余热,系统的优化区间覆盖跨临界与亚临界,为P/P_(c)=0.82∼1.30,T_(3)=103∼147℃,其热源回收效率可达61%,经济效益较高,且对透平入口温度、压力的变化不敏感,能容纳一定的参数波动。对比使用不同换热关联式,使用专门针对有机工质发展的换热关联式计算得到的循环优化区间发生了改变,由此可见,开展对ORC工质的换热特性研究,发展更加准确的换热关联式是完善系统优化的重要途径。