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。

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。

危废焚烧锅炉饱和蒸汽驱动有机朗肯循环系统热力学分析

危险废弃物焚烧处理过程中产生的热量通常用于生产饱和蒸汽以供应工业园区的蒸汽、热量等需求,也可以用于低温发电。分析了饱和蒸汽驱动有机朗肯循环(ORC)系统做功时的热力学特性。通过基本工况下蒸汽潜热型热源与ORC系统的热匹配特性分析,提出3种优化措施,并研究了单一优化和组合优化措施下以及不同工况下的系统热力学性能。结果表明,组合优化可使系统获得更优的性能,相对于基本工况,优化后的工况下最大净输出功为3 193.81 kW,提高了170.46%;热效率为23.34%,提高了30.25%;总[火用]效率为66.25%,提高了41.80%。

气液喷射升压有机朗肯循环特性

针对小型有机朗肯循环工质泵效率低、耗功大等问题,将气液喷射器取代工质泵作为升压设备,基于喷射器一维模型,构建了气液喷射升压有机朗肯循环(IORC)的热力模型。以140?℃的中低温热源为驱动力,R245fa为工质,研究了喷射器引射系数、喷射器面积比以及冷凝器出口过冷度3个参数对IORC性能的影响,并将IORC与基本有机朗肯循环(BORC)的热力性能进行对比。结果表明,存在一个最佳引射系数和过冷度,使IORC的净输出功达到最大值。引射系数和面积比的增加均会使喷射器升压比降低,而过冷度的增加会使升压比增加。3个参数的增加均会使喷射器?效率和换热器经济性降低。IORC的换热器经济性比BORC更好,当工质泵效率低于52%时,IORC净输出功更具优势。

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%。

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。

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.

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%。

带喷射回热器超临界有机朗肯循环系统性能分析

基于热力学基本定律，建立了带喷射回热器的超临界有机朗肯循环系统（regenerativesupercritical or-ganicRankinecycle，RORC）和超临界有机朗肯循环系统（supercriticalorganicRankinecycle，SORC）的热力循环模型。在膨胀机入口温度为340～550K时，对8种工质在两个系统下的净输出功、泵功和热效率等进行了分析对比。结果表明，使用喷射器后能有效提高系统的净功和热效率并减少总炯损。此外，研究还发现湿工质在RORC中能有效提高净输出功和热效率，值得进一步探索。

应用于有机朗肯循环的喷射器理论与实验研究

将喷射器应用于有机朗肯循环(ORC),构成喷射式有机朗肯循环(EORC)。EORC中喷射器引射膨胀机的出口排气,以降低膨胀机排气压力,增大膨胀机的工作压差,来提高循环的做功能力。为分析喷射器性能对EORC循环性能的影响,以经典喷射器理论为基础,选用R600为工质,在MATLAB平台,编制喷射器引射系数与引射压力的优化程序,对喷射器的最大引射系数与最小引射压力进行优化研究。结果表明,混合压力和引射系数一定时,工作流体的引射能力随工作压力的增大不断提高,能够引射更低压力的引射流体;最大引射系数和喷射效率随工作压力增大逐渐增大。并据此设计喷射器和构建EORC实验系统,初步实验表明:相比于ORC,EORC的做功能力明显提高,但系统热效率有所降低。

低温太阳能有机朗肯-蒸汽压缩制冷循环工质及系统优化

利用工程方程求解器(EES)软件,建立了低温太阳能驱动的有机朗肯蒸汽压缩制冷系统热力学模型。从HCFC、HFC、HC和HFO中分别选取一种代表性的工质R123、R245fa、R600a和R1234ze(E),从热力学第一和第二定律角度,兼顾系统换热器的传热能力(UA值),建立了耦合系统效率和投资的目标函数EPUA,研究了发生温度、冷凝温度和蒸发温度对系统热效率、?效率和UA值的影响规律,同时探讨了发生器、冷凝器、蒸发器换热温差对系统UA值和EPUA的影响。结果表明:提高发生温度、降低冷凝温度、提高蒸发温度均可以提高系统的热效率和?效率,但同时也增大了系统的UA值,相应地增加了系统的投资。通过考察系统的EPUA,发现存在最佳的冷凝温度42℃和最佳的蒸发温度4℃。蒸发温度对系统性能的影响要小于冷凝温度的影响,远大于发生温度的影响。4种工质热效率和?效率从大到小依次为R123、R600a、R245fa、R1234ze(E)。在本文研究范围内,从热力学角度分析,R123是最适合的循环工质。系统的UA值随着发生器热水进出口温差的增大先降低后增大,随着冷凝器冷却水进出口温差的增大而增大。蒸发器冷冻水进出口温差对系统的UA值和EPUA的影响可以忽略不计。

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。

有机朗肯循环-喷射式制冷功冷联产系统热力分析

为充分利用地热能资源,在有机朗肯循环(ORC)基础上,结合喷射式制冷系统(ER),提出了一种新型有机朗肯循环-喷射式制冷功冷联产系统.以110℃饱和地热水为热源,采用R123为循环工质,基于热力学第一、第二定律建立了联产系统热力学理论模型,编制计算程序并以能源利用率为评价指标进行了系统热力性能分析.结果表明,抽汽份额α在0~0.7内,能源利用率随蒸发压力p3增加而增加,而抽汽份额α在0.8~1之间时,能源利用率随蒸发压力增加而逐渐减小;能源利用率随抽汽压力p6增大而增大,且抽汽份额α越大增幅越高;随冷凝压力p10增加能源利用率不断减小,当p10为0.3 MPa,α为1时,能源利用率达到最大值为74.1%;制冷蒸发温度T8越高能源利用率越大,且抽汽份额α越大能源利用率增幅越大.

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.

内燃机尾气余热驱动有机朗肯蒸汽压缩制冷循环的研究

设计了以内燃机尾气余热为热源驱动的有机朗肯蒸气压缩制冷循环系统。根据热力学定律,建立了循环系统的数学模型,提出了尾气换热夹点确定方法。以Matlab和Refprop软件为工具,研究了有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)各换热器负荷、做功量、热效率分别随蒸发压力、冷凝温度的变化关系,并确定了最优工质。研究了蒸汽压缩制冷循环(vapor compression refrigeration,VCR)各换热器负荷、制冷系数分别随蒸发温度、冷凝温度的变化关系。由于压缩比的限制,确定了多种制冷工质在不同冷凝温度下的最低蒸发温度,结合相关标准中所规定的各型冷藏车蒸发温度的范围,确定了各型冷藏车的可选制冷剂。研究了与可选工质对应的制冷系数随蒸发温度的变化关系,从而确定最优工质。计算了各型冷藏车在采用最优制冷剂时,在最严苛工况下的制冷量、制冷系数及综合系数。

有机朗肯循环与蒸汽压缩制冷循环耦合系统联产性能研究

以中高温地热作为驱动热源,将有机朗肯循环与蒸汽压缩制冷循环相结合,提出了中高温地热冷热电联产系统。基于热力学第一和第二定律,构建了冷热电联产热力学优化模型,并对热源温度120~200℃范围内的系统性能进行了模拟计算和分析,比较了Cyclohexane、Pentane、n-Heptane、n-Octane、n-Nonane、n-Decane、n-Hexane及Isopentane 8种不同工质的热力学性能。结论显示:有机朗肯循环与蒸汽压缩制冷循环耦合系统可以实现冷热电联产,根据季节需求不同灵活调控;Isopentane发电性能最佳,Iso⁃pentane制冷性能最佳;回收冷却水排放的热量可以大大提高耦合系统热效率,热效率高达90%多。

有机朗肯循环-蒸汽压缩制冷系统膨胀压缩机模型

有机朗肯循环是一种有效回收低品位热源的方法。如果把有机朗肯循环系统的膨胀机直接和压缩机连接起来,驱动蒸汽压缩式制冷系统。一方面可提高能量利用率,另一方面可扩大应用范围。为此,本文重点介绍了几种有机朗肯-蒸汽压缩机制冷系统的膨胀压缩机模型。

耦合蒸汽压缩制冷循环和有机朗肯循环的冷电联供系统参数分析

针对目前空调冷凝余热直接排放导致环境温度升高的问题,采用有机朗肯循环回收蒸汽压缩制冷循环的冷凝热,构建耦合蒸汽压缩制冷循环和有机朗肯循环的冷电联供系统.冷凝剂采用纯工质R134a,有机工质采用混合工质R245fa/R123(0.5/0.5).基于热力学第一定律,构建循环的热力学模型,研究蒸发温度和冷凝温度对吸收全冷凝热和过热部分冷凝热2种工况下冷电联供系统的性能的影响并进行对比.结果表明,随着蒸汽压缩制冷循环冷凝温度增加,有机朗肯循环的净输出功由5.7 kW增加到6.4 kW,发电量由4.9 kW增加到5.5 kW;随着有机朗肯循环蒸发温度增加,净输出功由3.2 kW增加到8.4 kW,净发电量由2.5 kW增加到7.5 kW.随着蒸汽压缩制冷循环蒸发温度和有机朗肯循的冷凝温度的增加而减小.吸收全冷凝热量方式的VCC⁃ORC的性能参数COP增加了17.9%~26.9%.当有机朗肯循环系统工质吸收蒸汽压缩制冷循环系统释放的全冷凝热量时,净输出功和发电量明显优于只吸收过热部分热量的回收方式.

低质热源有机朗肯循环效率特性研究

有机朗肯循环是有效的低品位能源利用方式,有机朗肯循环的流程设计和参数的选择对循环效率有很大影响,其中主蒸汽参数是最重要的热力循环参数。针对循环参数选取、主蒸汽过热对循环效率与余热回收效率的影响特性,建立了有机朗肯循环模型,并利用EES建立饱和蒸汽循环与过热蒸汽循环的计算方程,通过变参数计算得到有机朗肯循环主蒸汽参数与循环效率和余热回收率的对应曲线,并比较四类工质的热力循环特点总结有机质热力特性规律。

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%。