串联双级蒸发有机朗肯循环系统的多目标优化及工质优选

为了探究串联双级蒸发有机朗肯循环系统在特定工况下的最佳混合工质,选取了3组不同特性的混合工质,即R21/R113、R1234ze/R141b和R227ea/R245fa,引入热力学性能指标、经济指标和环境指标,利用非支配排序遗传算法进行多目标优化.通过求解Pareto边界,采用3种决策方法对每组工质流体进行最优解的选择,根据偏移量选取最优决策方法.结果表明:在热源温度为150℃、冷源温度为15℃的工况下,混合工质R1234ze/R141b最优解的[火用]效率相对较高,平准化度电成本(levelized cost of energy, LCOE)和当量二氧化碳排放量(equivalent carbon emission, ECE)相对也较低,热源温度也适配,为该工况下较为合适的混合工质.

ORC系统构型对余热回收系统性能的影响试验研究

在回热型有机朗肯循环系统的基础上通过对换热器旁通阀进行多种系统构型试验测试,探索了不同ORC系统构型对余热回收系统性能的影响。结果表明回热器有助于降低冷却负荷,但不利于排气和缸套水热量回收,回热器完全参与下系统输出功和热效率最高;增加蒸发器换热面积可以提升排气换热量,减少缸套水换热量,合理选择可以实现热量最大回收;预热器入口工质分流,存在一个最佳分流比使得系统性能达到最优。

有机朗肯循环系统的传递分析

为了分析有机朗肯循环系统能质传递和利用的动态特性,以热力学第二定律为基础建立了有机朗肯循环系统的传递分析模型。参照工程传递评价准则,应用阻流密度、流密度降低率等,完成对ORC系统的传递分析。通过与常规的分析结果,得出了一些信息:流密度降低率最高的部位为冷凝器,最低的部位为膨胀机,阻最高的部位在回热器和冷凝器;蒸发器中的阻较小,损率、流密度降低率都较高,因此有机朗肯循环节能改造的关键在于蒸发器的改造;在回热器中由于温度差小,即强度量差(温差)较小,因此推动传递的动力就较小,从而阻较大。

基于双有机朗肯循环的CNG发动机余热回收系统参数优化及工质选择

为了充分利用CNG发动机的余热能量,根据CNG发动机的余热能分布特性设计了双有机朗肯循环系统,用来回收CNG发动机的排气能量、进气中冷能量以及冷却系统具有的能量。该双有机朗肯循环系统包括高温循环和低温循环,高温循环采用R245fa作为工质,用于回收CNG发动机排气能量;低温循环分别采用R245fa,R1234ze和R1234yf作为工质,用于回收进气中冷能量、高温循环冷凝过程中释放的能量以及发动机冷却系统的能量。在CNG发动机标定工况下,对双有机朗肯循环系统的参数敏感度进行了分析。结果表明:较高的高温循环蒸发压力和低温循环蒸发温度,较低的高温循环冷凝温度和低温循环冷凝温度可以提升双ORC系统的净输出功率和热效率;高、低温循环均选择R245fa的方案可以使系统具有较优的热力学性能。

石灰窑有机朗肯循环余热发电系统的比较研究

以2×500 t/d石灰窑烟气为对象,应用已运行的有机朗肯循环余热发电机组,在相同热源参数条件下,余热发电系统分别采用有机朗肯循环(ORC)系统和水蒸气与有机工质联合循环(S-ORC)系统进行模拟计算,对比分析2种循环系统的工艺特点及性能评价指标。结果表明:在相同热源参数条件下,S-ORC系统各项性能指标优于ORC系统,但S-ORC系统更复杂,运行检修工作量大,造价较高。

有机朗肯循环(ORC)系统的数值研究在船用轮机的潜在余热回收

本论文设计了一种新型有机朗肯循环系统,以回收低速船用柴油机的废热。这种ORC系统可以回收两种废热——废气和缸套冷却水。缸套水冷却器的废热量由柴油发动机公司提供。并对用于ORC系统的废气的可用废热进行了估算。在额定发动机状态下,废气的最大值为4153kw。

一种适用于有机朗肯循环的球形滚珠膨胀机

针对目前应用于有机朗肯循环(ORC)的容积型小容量膨胀机结构复杂、难以应用推广的现状,提出了一种新型球形滚珠膨胀机。其组合了滚动转子式膨胀机和往复活塞式膨胀机的部分特征及优点,结构简单、零件数少、制作方便、运动平衡性好。介绍了球形滚珠膨胀机的工作原理和运行过程以及部分主要零件的设计,并在此基础上设计了一种区别于常规进气结构的优化方案,取消了进气阀,减小了流动损失和阀门振动噪声。针对某一工况设计了膨胀机尺寸,并进行了润滑设计和泄漏分析以及容积效率估算。

跨越三种孔隙度地层的垂直裂隙对有机朗肯循环地热发电性能影响

建立了一种垂直主裂缝跨越3层不同孔隙度的地热储层模型,对增强型地热系统的地热储层进行数值模拟,并将其与有机朗肯循环发电性能进行耦合和分析,计算和分析了注入温度、注入流量、裂隙宽度和裂隙粗糙度4个储层参数对生产井产能和干热岩发电性能影响,最终定量分析了4种特征对生产井温度和单位输出功的不同影响度。结果表明系统在前30年工作周期内,在第5年之前,改变注入温度对增强型地热系统的影响较小。在不考虑储层中换热流体渗漏的情况下,注入井流量越大,生产井温度越低;注入井温度越高,生产井温度越高。对于地面发电系统,注入温度对发电性能影响最显著,注入流量对地面发电系统影响较小,即地热储层结构对发电系统的输出功、效率及[火用]损失有决定性的影响。

基于有机朗肯循环的酒精制作工艺中余热发电的研究

节约资源是我国的基本国策,有效提高能源利用率是节约能源、保护环境的重要举措。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。本文基于有机朗肯循环系统(简称ORC),通过对酒精制作工艺特点的分析,重点研究了酒精制作过程中有机朗肯循环系统的利用方法,并通过某酒精厂为实例,分析其经济可行性。

集成ORC与太阳能的燃煤机组碳捕集热力系统性能分析

为降低CO_(2)排放,提高能源利用效率,该文建立超超临界二次再热-碳捕集集成系统。利用碳捕集汽轮机排汽为再沸器提供能量,并在集成系统基础上提出3种优化方法。结果表明,3种优化方案都提高了机组效率和热力性能,热效率分别提高0.508%、1.314%和4.817%,对应煤耗分别降低4.514g/(kW×h)、11.428g/(kW×h)、39.440g/(kW×h)。当设定碳捕集率为96%、CO_(2)再生能耗为3.8GJ/t时,对集成系统及3种优化系统进行技术经济性分析与㶲分析。通过分析可知,方案III的平均发电成本(the levelized cost of energy,LCOE)和CO_(2)减排成本最低;㶲分析表明高压加热器的㶲效率、㶲损普遍高于低压加热器。3种方案中,方案Ⅲ的高压加热器㶲效率明显高于方案Ⅰ与方案Ⅱ,从系统各设备㶲分析对比来看锅炉㶲效率最低。与锅炉相比较汽轮机的㶲损失相对较小,其中超高压缸和低压缸㶲损失所占比例相对较大。

低温余热利用——有机朗肯循环系统浅析

从能源比例上说,我国化石能源资源丰富,其中,煤炭种类较多,且占主导地位。石油、天然气资源储量占有比例较少;对于非常规化石能源,如油页岩、煤层气等储量较多,需要进一步开发利用。各行业、各领域的余热和余压利用,是《节能中长期发展专项规划》中的重点节能工程之一,传统发电技术目前无法利用这些低温热能,由于低温热能无法有效利用造成巨大浪费。因此低温余热如何利用,是亟待解决的问题。

内燃机缸套水余热有机朗肯循环发电系统设计与优化

以某分布式能源系统内燃机缸套水为余热为低温热源,设计了适用于该热源条件的有机朗肯循环(ORC)发电系统,使用Ebsilon软件模拟并分析了提升工质过热度对ORC系统性能、组件?效率及局部?损失率的影响,系统优化后,使系统?效率从39.50%提升至41.58%,系统净电效率从9.27%提升至9.77%。

低温热源喷射式发电制冷复合系统的分析

根据热力学第二定律,对一种新型低温热源喷射式发电制冷复合系统进行了分析,并以R600a作为工质对系统进行了仿真计算.结果表明:在热源入口温度为420 K、热源热水流量为0.2kg/s、热源蒸发温度为370 K的标准工况下,系统净发电量为2.74 kW,系统制冷量为11.99 kW,系统的效率达到25.83%,系统能量利用率为45.34%;系统损失主要发生在蒸汽发生器和喷射器中.在热源蒸发温度提高过程中,系统内部工质流量发生改变,导致系统净发电量和效率小幅下降,制冷量和能量利用率先增后降.当热源蒸发温度为370 K时,系统能量利用率达到最大值.

1000t/d石灰窑余热发电系统分析及优化

针对1000t/d石灰窑生产线余热发电系统进行建模分析及优化。计算结果表明：采用传统朗肯循环发电系统,实际发电功率低于900kW,进汽轮机蒸汽最佳压力范围为0．35~0．5MPa,最佳温度范围为190~220℃；采用双工质有机朗肯循环发电系统发电功率大幅度提高,以R123作为有机工质为例,进汽轮机蒸汽最佳压力3．0MPa、蒸汽温度173．3℃,理论最大输出功率1391kW。同时对有机朗肯循环系统中广泛采用的有机工质ORC循环系统进行了对比分析,为活性石灰低温余热的高效利用提供了理论基础。

双循环余热回收系统性能分析

本文针对某型柴油机,提出一双循环余热回收系统,其中高温循环采用水作为工质,回收柴油机高温排气余热,低温循环采用有机工质,相继回收低温主机冷却水余热及高温循环冷凝器的热负荷,高温循环和低温循环通过共用换热器结合。通过热力学分析,探讨了高温循环冷凝器热负荷对低温循环的影响,结果表明在不同条件下,共用换热器的节点温差会发生在不同的位置,从而导致低温循环不同的蒸发温度及其他热力参数。本文设计的双循环系统,最大净功率达到115.2 kW,可以将柴油机的功率提升11.6%。

无油涡旋膨胀机性能特性及试验研究

对应用于有机朗肯循环系统中的涡旋膨胀机,搭建了以空气为工质的性能试验测试平台。测量了试验样机在不同进气压力下的转速、转矩、出气压力和容积流量;对不同负载下发电机的电压、电流和发电量进行了测量;对实际和理论情况下的容积流量、输入功率和输出功率进行了比较。

低温余热用涡旋膨胀机的热力学特性研究及试验验证

本文以空气为工质,建立了应用于有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,ORC)系统中涡旋膨胀机的热力学模型,在建立模型时充分考虑了泄漏和传热对涡旋膨胀机性能的影响。结果表明:与理想膨胀过程相比,在涡旋膨胀机的实际工作过程中,吸气阶段与排气阶段存在着较大的压力损失;由于泄漏和热传递等不可逆损失的存在,工作腔内工质质量的实际值要低于理想值,在膨胀过程中,质量一直处于增加的状态,膨胀结束时的实际质量要大于理想值;等熵效率随着膨胀比的逐渐增大而趋于减小;容积效率随着转速的增大而增大;输出功率随进气压力的增大而增大。

特斯拉涡轮结构参数影响分析及应用前景

相比于传统涡轮,特斯拉涡轮具有结构简易、制造公差要求低和密封性能突出等优点,能适应各种复杂的工作环境,但其能量转换效率相对较低,若能有针对性地解决能量损失问题,特斯拉涡轮的利用效率会有大幅提高。本文综述了特斯拉涡轮的发展现状,对涡轮喷嘴数量和结构、工作流体类型、圆盘间隙及厚度、出口半径等影响涡轮效率的因素进行了总结,分析发现以R245ca为工作流体、圆盘厚度为1 mm、盘间间隙为0.9 mm时特斯拉涡轮工作效率最高。同时,针对涡轮结构特点及其应用场景,探究了其应用于海洋能发电系统的可行性。