基于热流固耦合的增强型地热有机朗肯循环发电系统性能分析

本文建立了耦合井筒、热储、有机朗肯循环发电系统的详细数学模型,包括三维非稳态热流固耦合模型和有机朗肯循环发电系统热动力学模型,参考青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征,包括压裂储层、围岩、裂隙、井筒等特征参数,研究了注入流量、注入温度和井间距对系统净输出功、年均净输出功和热效率的影响规律。结果表明:在一定的注入流量、注入温度和净间距下,随着时间的推移,岩石孔隙压力和热应力作用使得裂隙渗透率增大,注入泵功耗是降低的,净输出功和热效率也是降低的。注入流量的增大提高了膨胀机轴功、注入泵功耗和生产温度衰减速率,进而导致热效率降低,存在最优的注入流量50 kg/s,使得年均净输出功达到最大值1470.1 kW。注入温度的增大可以提高系统热效率,降低净输出功的年均衰减速率,当注入温度为60℃时,年均净输出功最大。井间距的增大减缓了生产温度的衰减速率,有利于热效率的提高,但是也同时也增大了膨胀机轴功和注入泵功耗。当分支井间距为450 m时,年均净输出功达到最大值1497.3 kW。此研究可为增强地热发电系统的开发利用提供指导。

烟气余热利用场景的非共沸混合工质有机朗肯循环发电系统性能分析

采用有机朗肯循环的中低温工业余热发电系统是目前实现烟气余热回收利用的主流技术之一,非共沸混合工质的变温相变特性能够有效降低换热过程的不可逆损失,拓展工质筛选范畴,从而提高系统性能。该文通过建立基于热力学与经济学的有机朗肯循环发电系统数学模型,分析采用R245fa/R134a非共沸混合工质的烟气余热利用有机朗肯循环发电系统性能,明确非共沸混合工质在系统热力学与经济学上的性能优势,考察R245fa/R134a非共沸混合工质的适用范围。结果表明,当热媒水温度低于等于160℃,非共沸混合工质净发电量高于纯工质2.6%~13.2%,生命周期净收益提高2.0%~18.8%;当热媒水温度在100~140℃、140~160℃时,分别推荐组分比例为0.8/0.2、0.9/0.1的R245fa/R134a非共沸混合物作为系统工质。研究结果可为非共沸工质在低温发电系统设计应用提供理论支撑与工程参考。

太阳能有机朗肯循环发电系统模拟优化研究

针对低温太阳能集热器出水温度为65~90℃的特点,根据有机朗肯循环发电原理,选取R134a、R152a、R600a、RC318、R600、R245fa共6种工质,利用EES平台进行仿真模拟和比较分析。分析结果表明:在此温度范围内,蒸发压力、蒸发温度、系统净发电功率、热电效率及系统吸热量与热源温度变化呈正比关系,且当热源温度为90℃时,RC318系统净发电功率与热电效率最高,分别为12.27 kW、15.42%。当热源温度为85℃时,RC318系统效率达到最高值82.52%。

基于压缩机级间余热利用的有机朗肯循环发电系统综合性分析及多目标优化

针对多级压缩机级间余热利用问题,本文采用有机朗肯循环(ORC)进行余热发电.本文详细地建立了基于压缩机级间余热利用的ORC发电系统的数学模型,通过数值模拟方法对系统工况进行了初步设计,并在设计工况的基础上分析了关键热力参数对系统性能的影响,最后对整个系统进行了多目标性能优化分析.研究结果表明,使用ORC回收压缩机级间余热可以显著降低整个系统的实际耗功,且投资回收期在可接受范围内;在考察的压缩机级间压力范围内,存在不同的最佳压缩机级间压力使系统实际耗功和投资回收期分别达到最小;随着有机工质蒸发压力的增大,系统实际耗功和投资回收期变化趋势相同,均是先减小后增大;多目标性能优化的帕累托最优解集中包含多组解,决策者可根据实际工程条件从中选取最优解.

有机朗肯循环发电系统的多目标参数优化

建立以热回收率及单位输出功率所需换热面积为目标的多目标优化模型,利用模拟退火算法对循环采用R123、R236ea、R245fa、R227ea、R600等五种工质时的参数进行优化计算。结果表明:采用多目标优化模型可以协调各评价指标间的关系,更好地满足工程实际的需求;热源温度为140℃、循环采用R123时,最佳蒸发压力为0.69MPa、冷凝压力为0.11MPa,最佳蒸发压力随着冷凝压力的升高而增大;当管内流速超过0.5m.s-1时,流速对系统性能的影响较小。蒸发器内的最小传热温差为15℃。随着热源温度升高,循环的最佳蒸发压力增大。在分析的几种工质中,热源温度在100～220℃时,循环采用R123时性能最佳。

变冷凝工况地热有机朗肯循环发电系统

针对有机朗肯循环发电系统中冷凝介质温度随环境温度变化而变化,地热源载热流体参数恒定的问题,采用EES软件计算分析了饱和有机朗肯循环发电系统在使用工质R245fa和R601a时输出净功随冷凝介质温度变化的规律,同时分析了膨胀机最佳入口温度、膨胀比和工质流量3个主要参数的变化。结果表明:当地热流体温度为130℃,冷凝介质温度从30℃降到0℃时,有机工质在膨胀机入口的最佳温度升高且波动幅度达15℃,同时系统净输出功增长达120%;工质质量流量增加超过30%,膨胀比增大约2倍。

柴油机排气余热的有机朗肯循环发电系统

针对柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统.在该系统中,采用R245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)作为循环工质,针对其不同蒸发温度以及冷凝温度,通过模拟计算研究了最终排气温度、系统净输出功率和朗肯循环实际效率的变化规律.研究结果表明,当蒸发温度低于367.46 K时应采用一级膨胀系统;当蒸发温度高于367.46 K低于404.6 K时应采用二级膨胀系统;冷凝温度恒定时,最终排气温度随蒸发温度的升高而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随蒸发温度的升高而升高;蒸发温度恒定时,最终排气温度随冷凝温度的降低而降低,系统净输出功率和朗肯循环实际效率随冷凝温度的降低而升高.

地热能有机朗肯循环发电系统性能分析

针对中低温地热能发电,建立基于蒸发器夹点温差位置的有机朗肯循环(ORC)系统性能分析模型。以R245fa、R290和R600a工质为例,计算并分析了在不同蒸发器热源侧出口温度下,系统输出功率、单位面积的输出功率、蒸发压力、热效率和火用效率随蒸发器热源侧出口温度的变化规律,以及不同工质的最佳运行工况。研究结果表明:随着热源出口水温的升高,存在一个最佳蒸发器热源侧出口温度,使得循环的输出功率和有回热装置时的单位面积输出功率最大;对于≤135℃的地热能,更适用于亚临界ORC;回热器的加入可增加系统循环效率,但其对循环最优蒸发压力几乎无影响。

太阳能再热式有机朗肯循环发电系统性能研究

建立了带抛物槽式集热器的太阳能再热式有机朗肯循环发电系统模型,研究了再热式有机朗肯循环系统热效率增加量与输出功增加量随蒸发温度的变化规律。结果表明:当再热压力比为0.25时,太阳能再热式有机朗肯循环系统能有效地提高系统总效率,输出功随蒸发温度增加近似呈线性增加。对分别以R11、R114、R134a和R245fa为工质的再热式有机朗肯循环系统热效率提高量进行比较,以R245fa为工质的再热式有机朗肯循环热效率提高最大,达4.3%。

太阳能有机朗肯循环发电系统分析

为高效利用太阳能,提出了太阳能平板集热器与有机朗肯循环相结合的发电系统。本文从太阳能低温发电系统的基本原理、工质选择及系统组成部分入手,分析了影响系统循环效率的因素。发现具有较大潜热与显热之比的干性或等熵有机工质适合本发电系统,并且膨胀机和冷凝器对系统循环效率影响较大。采用增加内部热交换器的再热循环、抽汽回热循环可以降低冷凝器的冷凝负荷,选择合适的再热度、抽汽量及抽汽压力可以提高系统循环效率。

两种有机朗肯循环发电系统的性能分析

针对有机朗肯循环(ORC)发电系统的广阔应用前景,建立无回热(BORC)和内回热(IHORC)有机朗肯循环系统的数学模型。在蒸发温度的变化下,对两系统的热效率、效率、电力生产成本及回收期进行分析;并确立一个由效率和电力生产成本构建的综合目标函数,以此分析系统的综合经济性;找出更适合不同的烟温的蒸发温度区间和系统。结果表明:在一定条件下,IHORC系统的热经济性较好,而BORC系统的经济性更优;在验证了综合目标函数能合理地兼顾热经济性和经济性的条件下,得出BORC和IHORC系统分别存在综合经济性更好的蒸发温度区间;且通过对不同烟温下两系统的性能比较,得出BORC系统更适合回收低温烟气,而IHORC系统回收高温烟气更有优势。

低温余热有机朗肯循环发电系统热经济性分析

针对工业中排放的低温烟气,建立有机朗肯循环发电系统的热经济分析模型,分析蒸发压力、热源温度及蒸发器最小传热温差对系统经济性能的影响。分析结果表明:热源温度为140℃,循环采用R123的经济性最佳,相应的发电成本与动态投资回收期分别为0.142元(/kW.h)与3.68年。余热发电系统存在一个经济性最高的蒸发压力,不同工质对应的最佳蒸发压力也不同。蒸发器内最小传热温差为15℃时,系统的经济性较好。烟气温度在100～180℃时,系统采用R123的投资回收期最短,而烟气温度高于180℃时,R141b的经济性更高;不宜采用有机朗肯循环发电技术回收温度低于100℃的低温烟气。

云扰动下太阳能驱动有机朗肯循环发电系统的动态特性

基于200,k W级聚焦型槽式太阳能集热驱动的有机朗肯循环发电系统示范工程,通过Simulink软件建立了系统的动态模型,采用天津地区的气象数据作为输入,分别分析了典型日系统常规工况和太阳受云遮挡造成直射辐射迅速衰减的非常规工况下系统的动态特性.结果表明:常规工况中系统热、电功率与太阳直射辐射两者变化趋势相同,系统平均效率为12.68%;非常规工作状况中系统热源温度变化与达到恶劣工况的时间线性相关,相关系数为4.04;汽轮机发电功率受热源温度突变量影响分别是蒸发器和冷凝器的1.67倍和2.08倍,汽轮机输出对热源温度变化呈现高敏感性.

有机朗肯循环发电系统蒸发器热力设计与试验验证

蒸汽余热型有机朗肯循环(ORC)发电系统蒸发器内相变区传热系数与单相区差别较大,使用常规的设计方法计算传热面积可能存在误差,利用传热学基本方法计算了蒸发器的换热面积,并根据试验数据对其传热性能进行了评估,结果表明,蒸发器能够满足系统的传热要求,可为ORC发电系统蒸发器的设计提供参考。

有机朗肯循环发电系统热力过程的研究

有机朗肯循环发电装置能够有效地利用工业中的废热,将其转化成清洁能源—电能。本文介绍了朗肯循环发电理论方案、基本工作原理、系统计算方法。并且在理论的基础上,对某陶粒砂厂烟气工况进行了分析、计算,这对低品味工业余热的开发利用具有重要的参考价值。

有机朗肯循环发电系统性能实验研究

有机朗肯循环适用于地热、太阳能、电厂及水泥厂等低温热源发电,通过实验研究低温热源发电系统的净功等参数的变化趋势,采用导热油锅炉替代热源。当热源功率、冷源参数恒定的条件下,改变膨胀机转速。研究发现,发电系统净输出电功随膨胀机转速的提高而增大,当膨胀机转速为3000r/min时,系统输出电功率最大且为4.8%;由于转速增加(输出功增加),将改变工质在膨胀机的参数,较明显改变了工质流量,即提高了有机工质在蒸发器中的吸热量。

有机朗肯循环发电系统利用的研究

理想发电循环系统仅与系统热源、冷源的温度相关,而实际低品位有机朗肯循环发电系统效率除与冷热源温度相关外,与工质、系统形式等因素密切相关。但是由于受到热源参数及优化目标等因素影响,尚未优选出合适的工质和系统形式。针对不同热源参数特性,研究相适应的系统形式及工质,为有机朗肯循环发电系统应用提供科学依据,是有机朗肯循环发电系统切实可用的关键。

基于Matlab/Simulink的有机朗肯循环发电系统建模与仿真

以某型微燃机排出的尾气作为热源,根据热源特性和热力学基本原理,选择了环戊烷(Cyclopentane)作为循环工质,建立了整个有机朗肯循环发电系统的热力学模型,并通过M atlab/Simulink软件平台分别建立系统各部件的仿真模块,实现了有机朗肯循环发电系统的动态仿真。仿真结果表明:输入热源温度在100~300℃内,选用环戊烷作为循环工质是合理的,窄点温度及排气温度均在合理的范围内,与实际工况要求吻合;而热源温度高于300℃时,环戊烷工质则不能适应,需要对输入热源降温处理;当热源温度低于100℃时,ORC发电系统已无法正常输出有效功,系统无法正常循环运行。文中仿真分析可以为ORC系统的优化设计及实验研究提供参考。

混合工质泄漏对有机朗肯循环发电系统性能的影响

基于有机朗肯循环系统中各部件、管道等密封导致的实际系统运行过程中不可避免地存在着循环工质的泄漏问题，结合余亥姆霍兹自由能状态方程、混合法则和等温泄漏模型，研究了非共沸混合工质R245fa／R601a（初始质量配比为0．6／0．4）在ORC发电系统蒸发器中泄漏率为0～50％时对混合工质配比以及循环性能的影响．结果表明：非共沸混合工质泄漏会造成混合工质配比及工质热物性的变化，系统循环性能也会改变，且蒸发出口段发生液相泄漏时对循环性能影响最大．随着泄漏率的增大，比净输出功减少率可达12．23％．

低温余热有机朗肯循环发电系统工质选择

对有机朗肯循环系统工质的优化选择已逐渐从单一优化目标向多目标发展,但所选的优化目标及优化方法普遍存在主观性较强的问题.针对上述问题,从环保性、安全性等方面对工质进行初选,得到了R123、R245fa、R245ca和R601等9种工质,然后采用主成分分析法对工质的热效率、循环净功和不可逆损失等7个热力性能指标进行了分析计算,得到了两个较为客观的综合评价指标,并在不同蒸发温度下对工质的综合热力性能进行了分析.结果表明:R601做功能力较强,综合效率较高,是该循环系统较为理想的工质.