超临界CO_(2)-有机朗肯联合循环的多目标优化

采用复合型超临界二氧化碳-有机朗肯联合循环来回收燃气轮机的余热,建立了热力学以及[火用]经济性模型,探究了关键参数对联合循环系统性能的影响规律,从热力学性能、空间紧凑性、[火用]经济性能等方面对联合循环系统进行了研究,并对联合循环进行了多目标优化。结果表明:在最优状态下复合型超临界二氧化碳再压缩-有机朗肯联合循环的效率为54.56%,比燃-蒸联合循环提高了4.2%,其单位输出功率所需换热面积为0.1178m^(2)/kW,比燃-蒸联合循环降低了21.41%。

基于超临界CO2布雷顿循环的有机朗肯联合循环特性研究

使用ASPEN通用流程系统设计软件,在超临界CO2布雷顿循环(SCO2)和有机朗肯循环(ORC)的循环特性研究的基础上,进一步探究了SCO2-ORC联合循环的影响因素和影响结果。研究表明,联合循环中SCO2透平出口压力、ORC透平入口压力和压气机入口温度对循环系统的热效率均有着重要影响。对比不同工质可以发现,最大效率排序为R22>R32>R125>R134a>R115。此外,通过统计分析发现,在变ORC系统参数和变SCO2系统参数时,联合循环热效率与ORC功率占比分别表现出一次线性关系和二次抛物线关系。为进一步使用和推广SCO2-ORC太阳能光热发电技术提供了理论支持和设计基础。

内燃机-有机朗肯循环联合循环动力系统技术经济性能分析

提出一套内燃机-有机朗肯循环系统方案,该方案的有机朗肯循环(ORC)子系统蒸发器布置在内燃机(ICE)排烟系统采集热量,其输出动力通过齿轮传动机构与ICE同轴输出.该系统可利用原有动力传输子系统启动ORC子系统,ORC子系统稳定运行后又可向其输出动力.以CAT3516CDITA ICE为例,进行ICE-ORC系统技术经济性能分析,结果表明,标定负荷条件下,该系统总热效率较现有ICE系统可提高7.8%,而ORC子系统的投资回收期仅为9.3,kh.分析表明,ORC子系统蒸发器平均温差降低或者燃料价格提高,均有利于改善ORC子系统技术经济性能;当ICE负荷高于90%或ORC子系统透平等熵效率高于65%,该系统具有技术经济性能优势.

半闭式SCO2布雷顿循环和朗肯循环性能分析

超临界二氧化碳(SCO2)循环是最有潜力的高效发电循环之一。构建了半闭式SCO2布雷顿循环和朗肯循环,建立了关键部件的数学模型,基于AspenPlus软件研究了其热力性能,分析了再压缩过程及循环参数对系统性能的影响。结果表明:再压缩使得半闭式SCO2布雷顿循环和朗肯循环的净效率分别提高了4.96%、4.46%;半闭式SCO 2朗肯循环的性能优于半闭式SCO2布雷顿循环;提高分流系数、透平进口温度和透平排气压力均可提升半闭式再压缩SCO2朗肯循环的性能。当分流系数从10%增加到25%时,循环净效率增加3.15%;当燃气初温从850℃升高到1000℃时,循环净效率增加3.62%;当排气压力从6.81MPa升高到7.21MPa时,循环净效率升高0.34%。

基于流程模拟的固体氧化物燃料电池-燃气轮机-有机朗肯循环联合系统的优化分析

将有机朗肯循环(ORC)作为底层循环与固体氧化物燃料电池(SOFC)、燃气轮机(GT)等能源动力系统耦合,可充分回收上层系统的低温余热进行发电,从而提高整个联合系统的能量转换效率.对SOFC-GT-ORC联合系统进行了一体化的建模分析与数值计算,讨论了SOFC的燃料和空气流率、透平的压比、ORC的分流系统等参数对联合系统性能的影响,并针对超临界工况下ORC及联合系统的运行参数进行了优化设置.所提出的基于增压SOFC-GT混合模式与超临界ORC的新型SOFC-GT-ORC联合循环及建立的一体化流程模型有助于揭示耦合系统的一般性能特性,并给出了一些关键参数的优化判据,可为SOFC-GT-ORC及同类复合动力循环系统的优化设计与运行提供理论指导和参考依据.

中冷后回热式布雷顿-逆布雷顿联合循环

提出了中冷后回热式布雷顿-逆布雷顿联合循环构型,建立了其热力学模型。对该模型进行了热力学第一定律分析与优化,推导出了热效率和比功的解析式,讨论了总压比给定和总压比变化两种情形,优化了中间压比,通过数值计算详细分析了各主要设计参数对循环一般性能和最优性能的影响。发现存在最佳的中冷压比使循环效率和比功获得最大值;存在最佳的总压比使循环效率和比功获得最大值;在总压比较大时,底循环最佳压比小于等于1,此时压气机3可以取消。

基于潜热比的低温余热蒸汽联合回热有机朗肯循环系统最佳工质筛选

为充分回收矿藏热采尾端低温余热蒸汽,提高能源利用率,建立以低温蒸汽为热源的抽汽-乏汽联合回热有机朗肯循环(ORC)系统,选取6种不同临界温度的干湿工质,提出以工质潜热比σr评价蒸发器火用损及系统热力性能的标准,在热力学第一、第二定律基础上,通过编制程序分析不同蒸发温度T11、热源温度Tg下工质对系统的影响,确定最佳工况点,选择最佳工质。结果表明:随工质临界温度Tc增大,其潜热比σr较大,系统热力性能较高,且热源温度愈高,不同工质间热力性能差距愈大;对于蒸汽热源,工质在低于临界温度25K左右的热源下工作可获得最大热力性能;增加联合回热有助于提高系统热力性能,对于各工质有R236fa>R123>R152a,当Tg=413.15K时,若系统采用R236fa作为工质,系统较ORC系统净输出功高出1455kW。

微型燃气轮机与有机朗肯循环装置组成联合循环的设计与分析

提出筛选有机朗肯循环工质的方法。基于能的"温度对口,梯级利用"原理和有机工质的热力性质,讨论用于增大输出轴功的微型燃气轮机与有机朗肯循环装置组成的联合循环,给出该联合循环的流程布置。用此布置将国内某正在研制中的微型燃气轮机与使用R123为底循环工质的有机朗肯循环装置组成联合循环,进行模拟计算和敏感性分析。结果表明,该联合循环可将热效率提高9.4%,达到38.4%,循环增压比、最高温度、回热度和环境温度的变化均会对热效率产生一定的影响。

基于机械蒸汽再压缩和有机朗肯循环技术的双溶剂协同萃取精馏分离乙酸甲酯-甲醇-水节能工艺

针对双溶剂协同萃取精馏分离乙酸甲酯-甲醇-水三塔分离工艺特性及高能耗特点,把机械蒸汽再压缩(MVR)和有机朗肯循环(ORC)余热发电技术应用于该三塔的优化,提出了带中间再沸器的MVR热泵和ORC耦合MVR热泵两种节能精馏工艺。以年总费用(TAC)为精馏工艺评价指标,净输出功为ORC系统评价指标,采用Aspen Plus软件对提出的节能工艺进行模拟与优化。研究结果表明,就乙酸甲酯回收塔和甲醇回收塔而言,带中间再沸器的MVR热泵精馏工艺较常规双溶剂协同萃取精馏工艺能耗分别减少了57.38%和9.66%;TAC分别节省了31.34%和11.69%。而对于溶剂回收塔,带中间预分塔的ORC耦合MVR热泵精馏工艺较常规双溶剂协同萃取精馏工艺能耗减少了50.16%,TAC节省了36.13%。就整个萃取精馏系统而言,优化后的精馏工艺比原有双溶剂协同萃取精馏工艺能耗减少了45.48%,TAC节省了31.33%。

采用不同集热器的太阳能有机朗肯-闪蒸循环性能分析

针对太阳能有机朗肯-闪蒸循环(SBFC),本文基于EES(engineering equation solver)软件建立数学模型,以R245fa为循环工质,在集热器出口热水温度介于353.15~373.15K范围内,对平板集热器(FPC)和真空管集热器(ETC)驱动的SBFC系统热力性能以及投资成本进行了对比分析。选用的性能指标参数包括净输出功、热效率、第二定律效率、不可逆损失以及比初始投资。结果表明,随着集热器出口热水温度的增大,SBFC系统的热力性能显著升高,且采用ETC的系统比FPC系统在热力性能上更具优势,该优势随着热水温度的升高而持续增大。研究同时表明,在SBFC的投资成本中,太阳能集热器投资占比最大,且采用ETC的系统比初始投资远大于采用FPC的系统;此外,集热器出口热水温度的升高有利于降低SBFC系统的比初始投资。

太阳能有机朗肯-闪蒸循环工质选择

近年来,太阳能低温热发电技术作为可再生能源领域的研究热点受到越来越多的关注。文章针对太阳能平板集热器驱动的有机朗肯-闪蒸循环(solar binary-flashing cycle,SBFC),基于EES(engineering equation solver)软件建立数学模型,分析了7种制冷剂包括R601、R601a、R1233zd(E)、R600、R1234ze(Z)、R600a和R1234ze作为循环工质在SBFC系统中的应用潜力,并在系统净输出功最大的工况下,研究了集热器出口热水温度(80~100℃)对SBFC系统热力性能的影响规律。选用的性能指标参数有净输出功、热效率、第二定律效率、不可逆损失、换热器热导(UA,总传热系数与传热面积的乘积)和单位太阳能集热器面积净输出功。结果表明,在所研究的工况范围内,随着集热器出口热水温度的增大,SBFC系统的热力性能得到显著的提高,且工质的标准沸点温度越高,SBFC热力性能越好,其中R601具有较高的净输出功、热效率和第二定律效率,并且系统的不可逆损失较小,是一较理想的SBFC系统循环工质。

内置热泵的热电冷联合有机朗肯循环能效分析

文章对内置热泵结构的小型太阳能驱动的热电冷联合有机朗肯循环(Combined Cooling Heat andPower-Organic Rankine Cycle,简称CCHP-ORC)系统进行了热力分析,与一般CCHP-ORC系统相比,该系统利用低品位能源利用效率更高。CCHP系统用引射器代替热泵压缩机,将热泵与ORC合并,热泵系统的加入提高了CCHP系统能量利用率。系统热力计算将系统高温热源、环境温度和需求温度固定,采用R245fa作为系统工质,以热电联合循环为例对系统进行热力计算,得到了在给定条件下系统的最佳工作参数。通过对比可知内置热泵能较大提高CCHP-ORC系统的能量利用率。

再热-抽汽回热-内回热结合的有机朗肯循环热力性能分析

为了提高有机朗肯循环(ORC)的热效率,提出了再热、抽汽回热和内回热3种方式相结合的新型有机朗肯循环系统(新型系统),以有机工质R245fa为研究对象,分析了新型系统热效率和火用损失与循环再热蒸汽压力和汽轮机抽汽压力的关系,并将新型系统在最佳再热蒸汽压力条件下的热力性能分别与单一再热ORC、内回热ORC、抽汽回热ORC、抽汽-内回热ORC系统进行计算比较。结果表明:随着汽轮机抽汽压力的提高,新型系统热效率逐渐增大,但增大趋势趋于平缓,其最佳再热蒸汽压力为1.4 MPa;新型系统为最优系统,其热效率达到18.86%,远高于同参数单一再热ORC和内回热ORC,分别比抽汽回热ORC和抽汽-内回热ORC的系统热效率高2.63%和1.51%。

基于GT-Suite的有机朗肯循环系统性能分析

采用GT-Suite软件针对固定式天然气发动机排气余热回收系统(ORC)进行数值模拟,分析膨胀机的动态特性并以此确定ORC系统的运行状态,并在此运行状态下研究固定式天然气发动机-ORC联合系统的运行性能。结果表明,当固定式天然气发动机在低负荷区域运行时,膨胀机内的有机工质质量流量波动明显。联合系统的热效率随着发动机负荷的增加而增大,但是在高负荷区域增加幅度不明显。当发动机运行在额定工况点时,联合系统的热效率最大可提高5.0%,有效燃油消耗率(BSFC_(com))最大可降低4%。

利用涡旋机械的朗肯-朗肯循环制冷系统的理论分析和研究

剖析了一种利用涡旋机械的朗肯－朗肯循环制冷系统的基本原理和结构特点，从倾覆力矩平衡角度出发，指出涡旋压缩机的涡圈高度应与涡旋膨胀机的涡圈高度相匹配，并对系统工质的选择作了初步探讨，最后提出了该系统实用化尚存在的问题。

集成有机朗肯循环与碳捕集的太阳能-燃煤发电系统的变工况热力性能研究

构建了集成有机朗肯循环(organicRankinecycle,ORC)与碳捕获和封存(carboncaptureandstorage,CCS)的660MW太阳能-燃煤发电系统,利用凝结水回收CO_(2)压缩过程的余热、后经太阳能集热场气化、为再沸器提供能量,同时利用中压缸抽汽作为再沸器热源,再沸器冷凝水的经ORC回收余热后返回至H9低压加热器出口。分析了该系统的经济指标及变工况时热力性能、㶲性能,研究了ORC和CCS中参数变化和太阳能系统运行特性对集成系统热力性能的影响。研究表明:该系统的热力性能及经济性均优于目前常见的抽汽式燃煤碳捕集机组。随λ(中压缸抽汽热量占再沸器所需热量之比)增大,机组热力性能有所下降,汽轮机㶲效率增加。随负荷降低,汽轮机㶲效率有所升高。再沸器冷凝水经ORC回收余热后,可以在变工况时更好的匹配凝结水的温度,减少能量损失,且返回H9低压加热器出口时,ORC循环热效率最高,机组热力性能也较好。在春分、夏至、秋分时,太阳辐射强度(directnormalirradiance,DNI)稳定后系统能以较低λ运行,机组热力性能有较大提升;在冬至,DNI波动较大,此时只能保持较高λ运行,机组热力性能提升较为有限。

一种蒸汽喷射/朗肯联合循环系统的热力计算分析

联合循环是综合利用能源技术发展的重要方向之一,是一种先进的能源利用系统。本文针对一种蒸汽喷射/朗肯联合循环系统进行了热力计算分析,证实了该系统的可行性和可靠性。同时也为该系统的进一步研究和完善提供了参考和帮助。

燃气-蒸汽联合循环的生态学优化

建立了具有热阻、热漏的定常流布雷顿-朗肯联合循环模型,分析了联合循环功率、效率和生态学指标性能,并对其进行了优化;通过数值计算分析了功率、效率和生态学之间的优化关系,并讨论了热漏对联合循环优化性能的影响.结果表明:最大生态学指标下的效率十分接近联合循环可达到的最大效率,布雷顿-朗肯循环是燃气-蒸汽联合循环的一个特例.分析研究结果为燃气-蒸汽联合循环热机的设计提供了一定的依据.

有机朗肯-单级闪蒸循环发电性能优化研究

在有机朗肯循环(ORC)的基础上,提出了有机朗肯-单级闪蒸循环(ORSFC)。基于热力学第一、第二定律构建了发电性能热力学优化模型;采用R601作为系统循环工质,研究了热源温度、蒸发温度、闪蒸温度和蒸发器出口干度等参数变化对系统发电性能的影响;以净输出功率、热效率和火用效率为优化目标函数,得到了匹配3种优化目标函数的最佳运行工况。研究结果表明:热源温度、蒸发温度、闪蒸温度和蒸发器出口干度对系统性能有较大的影响;有机朗肯-单级闪蒸系统的发电性能优于有机朗肯循环,其净输出功率、热效率和火用效率均有显著提高。

带低温蓄热的高温太阳能S-CO_2与ORC联合循环

超临界CO2布雷顿循环（S-CO2）被认为是未来太阳能发电最具潜力的热循环形式,但较高的透平入口温度对蓄热提出了很高要求。该文提出了一种S-CO2循环与有机朗肯循环（ORC）结合的发电系统。白天利用S-CO2循环发电,并将排出的废热储存,夜间将储存的热量释放用于ORC部分发电,在实现系统昼夜连续发电的同时又避免了高温蓄热遇到的困难。仿真计算表明,在联合循环中硅油类工质循环性能较好,当ORC最高温度达到220-230℃时ORC发电量即可达到总发电量的50%,并且此时整体效率可保持在38%以上。研究结果表明,S-CO2与ORC联合循环有能力在保持较高系统整体效率的同时,即实现了昼夜连续发电又避免了高温蓄热。