低温有机朗肯循环的工质选择及系统性能分析
浅谈太阳能低温有机朗肯循环

一
能源与 节能, 1( : 2 2 1 )— . 0 51
2 有机 工质 的选择
[ 4] 韩 中合 , 叶依林. 基于太阳能的有机朗肯循环低温发 电工质
的选择 [ ] 东电力,0 13 ( )9 2 9 6 J. 华 2 1 ,9 6 :5 — 5 .
O C系统既然是使用有机物作为工质 ,有机物的 [ ] 顾 伟 , R 5 翁一武 , 王艳杰, 低 温热能有机物发 电系统 热力 等. 物理性质对系统 的运行就至关重要。选取哪种工质对 分析[ ] J. 太阳能学报,0 8 95: 8 6 2 20 , () 0 — 1. 2 6 系统 的安全性 、 热效率 、 经济性能都有很大影响。 ( 责任 编辑 : 张 楠) 在工质选择使用方面许多研究人员在各个角度从 各个方面做出了有益 的探索 , 对于 O C系统较为常用 R 能 源 知 识 恭 恭 恭 芥 带 的工质有 R 4f、 60 R 1R 2 等 。 25 R 0 、 2 、 13 ]这几种有机物 a 分子式较为简单 , 标准沸点都在 3 ℃以下 , O 临界温度 油页岩的分布 低于 2 0 o 。臭氧层衰减指数( D ) 0 C O P 和温室效应指数 世 界上 已发 现 的非 常规 油气 资 源大 多位 于地缘 政 ( WP 都较低 ( D 要 求低 于 0 5 G G ) OP . ,WP尽 可能小 ) 0 。 治相对稳定的西半球 , 即美 国、 加拿大和拉 丁美洲 , 美 而且这几种气体都是无毒工质 ,不会 因有机工质泄漏 而造成人员中毒事故。而经过研究表 明以上几种工质 国是 全球 油 页岩 资源 最丰 富 的 国家 ,储量 约 占全球储 0 X 的热力学特性 良好 , 能够高效的利用太阳能。 近期有的 量的 7%r上 ;加拿大是全球沥青砂资源最丰富的 国 家 , 量 约 占全球 储 量的 9% ̄ 。全 球 油 页岩 资 源十 储 0 X上 学者提 出开发一种混合工质 ,利用工质混合后具有 的 分丰 富,据不完全统计其蕴藏资源量约有 1 ×1挖t 0 0 , 新特性来解决制约 O C技术发展的瓶颈问题。 R 0 20 世 在实际应用 中能否大规模推广应用 的关键在于工 比煤炭 资源 量 多 4 %。 0 0年 初统 计 , 界 页岩 油储 量 超过 1 0×1。t 国 家有 美 国 、 罗斯 、 伊 尔、 0 的 俄 扎 巴西 、 质的经济性即工质的价格 ,如果工质难 以制备价格高 约旦 、 澳大利亚、 爱沙尼亚和 中国等 , 页岩油总 昂那么在实际生产中发 电成本就会很高 ,太阳能有机 摩洛哥 、 4 1 t X 0 预计全世界 页岩油资源总量约为 470 5 朗肯循环技术就不具备市场竞争力 ,这种新型环保的 量 为 37 1 。 , ×1。t比传 统石 油 资源量 ( 1 0 , 270×1 t多 5% ̄上 。 0 ) 0 X 技术就不能造福人类 , 保护环境 。因此 , 能否作为合适 油 页岩不仅 资源丰 富 ,而且 分布 相对 集 中。在 美 的有机朗肯循环工质取决于工质的经济性能、 环保性 、 国, 大约 7% 5 的油页岩集中在科 罗拉 多州、 犹他 州和怀 安全性 、 以及在朗肯循环中的物理性质的优 良。 俄 明 州。 探 明 资源量排 位 , 国继美 国、 按 中 巴西、 苏联 前 3 结语 之后位居世界第四。 中国油页岩探明资源量 35 。 , 1 1 t x0
低沸点工质的有机朗肯循环纯低温余热发电技术

低沸点工质的有机朗肯循环纯低温余热发电技术引言我国水泥厂的余热发电,先后经历高温余热发电、带补燃炉的中低温余热发电和纯低温余热发电3个阶段。
纯低温余热发电与带补燃的中低温余热发电相比,具有投资省、生产过程中不增加粉尘、废渣、N 0。
和S0。
等废弃物排放的优点。
本文介绍以色列奥玛特(0RMAT)公司利用低温热源的有机朗肯循环(0 rganic RankineCyck,简称()RC)纯低温余热发电技术。
该技术有别于常规技术,其特点是:不是用水作为工质,而是使用低沸点的有机物作为工质来吸收废气余热,汽化,进入汽轮机膨胀做功。
1.低沸点的有机物在一个大气压下,水的沸点足100℃,而一些有机物的沸点却低于水的沸点,见表l。
有机物的沸点与压力之间存在着对应关系,以氯乙烷为例,见表2。
水的沸点与压力之间对应关系见表3。
由表2和表3町见,氯乙烷的沸点比水低,蒸气压力很高。
根据低沸点有机工质的这种特点,就可以利用低温热源来加热低沸点工质,使它产生具有较高压力的蒸气来推动汽轮机做功。
2 ORC纯低温余热发电在地热发电方面的应用0RC纯低温余热发电技术在我国地热发电方面已得到初步应用,我国目前已经勘测发现的地热田均属热水型热储。
热水型资源发电采用的热力系统主要有两种,即扩容(闪蒸)系统和双工质循环系统。
西藏羊八井地热电站,热水温度145℃,采用二次扩容热力系统,汽轮机(青岛汽轮机厂设计制造D3一1.’7/0.5型地热汽轮机发电机组)单机容量3000W,3 000W/min,一次进汽压力182kPa,温度115℃,二次进汽压力54kPa,温度81℃,额定排汽压力为10kPa。
双工质循环系统中,地热水流经热交换器,把地热能传递给另一种低沸点丁质,使之蒸发产生蒸气,组成低沸点工质朗肯循环发电。
双工质循环机组,其热效率高,结构紧凑。
我国的小型双工质循环系统地热电站——辽宁营口熊岳试验电站的装机容量2×J00KW,利用地热水(水温75℃)发电,于1977年1 1月投入运行。
有机朗肯循环低温余热发电系统综述

有机朗肯循环低温余热发电系统综述有机朗肯循环低温余热发电系统是一种利用低温余热发电的新型技术,其工作原理是通过有机朗肯循环过程实现的。
有机朗肯循环是一种基于有机工质(如丁烷、异丙烷等)的一种热力循环系统,主要工作于低温和中温条件下。
其工作原理可分为蒸发、压缩、冷凝和膨胀四个过程。
有机工质在蒸发器中吸收低温余热而蒸发成气体,然后通过压缩机将其压缩成高温高压气体,再经过冷凝器冷凝成液体,最后由膨胀阀膨胀成低温低压气体,从而驱动压缩机和发电机工作,产生电能。
整个循环过程中,有机工质的物理性质和循环方式决定了整个系统的发电效率和稳定性。
1. 有机工质的选择在有机朗肯循环低温余热发电系统中,有机工质的选择对系统性能至关重要。
一般而言,有机工质需要具有适当的沸点和饱和蒸汽压,以便在低温条件下能够很好地进行蒸发和冷凝过程。
还需要具有良好的化学稳定性和热稳定性,以确保系统的长期稳定运行。
目前常用的有机工质有丁烷、异丙烷、丙烷等,针对不同的工作条件和要求,需要综合考虑各种因素,选择合适的工质。
2. 蒸发器和冷凝器的设计蒸发器和冷凝器是有机朗肯循环低温余热发电系统中的关键部件,其设计能够直接影响系统的热效率和稳定性。
为了充分利用低温余热资源,蒸发器和冷凝器需要具有良好的传热性能和换热面积,同时还需要考虑系统的安全性和稳定性。
在设计过程中,需要综合考虑传热换热技术、材料技术等因素,以实现整个系统的高效、稳定运行。
3. 控制系统的设计有机朗肯循环低温余热发电系统的控制系统是整个系统的大脑,控制系统的性能和稳定性直接影响整个系统的运行效率和稳定性。
控制系统需要对蒸发器、压缩机、冷凝器等各个部件进行严格控制,以确保系统在不同工况下能够稳定运行,同时还需要具备足够的智能调节功能,以应对不同的工况和环境变化。
目前,有机朗肯循环低温余热发电系统在能源领域的应用越来越广泛,已经成为低温余热利用的一种重要技术。
在工业生产、生活热水、地热资源等领域,都可以利用有机朗肯循环低温余热发电系统进行能源回收和发电。
低温余热有机工质朗肯循环概要

工质选择
工质选择的原则:(1)化学稳定性好;(2)具有较低的 臭氧破坏性和温室效应;(3)传热性能好;(4)价格低廉; (5)无毒、不可燃、不可爆 国内研究根据各自情况采用比较多的工质是R245fa、 R123和R134a。
工质选择
—— 冷凝温度 冷凝温度(℃) R245fa 40 冷凝压力(Mpa) 0.25
接触式机械密封
缺点 1. 结构较复杂,对制造加工要求高; 2. 安装与更换比较麻烦,要求工人有一定的安装技术水 平; 3. 发生偶然事故时,处理比较困难;
非接触式机械密封
干气密封
非接触式机械密封
干气密封旋转环旋转时,密封气体 被吸入动压槽内,由外径朝向中心, 径向分量朝着密封堰流动。由于密 封堰的节流作用,进入密封面的气 体被压缩,气体压力升高。在该压 力作用下,密封面被推开,流动的 气体在两个密封面间形成一层很薄 的气膜,此气膜厚度一般在3微米 左右。气体动力学研究表明,当干 气密封两端面间的间隙在2—3微米 时,通过间隙的气体流动层最为稳 定。当气体静压力、弹簧力形成的 闭合力与气膜反力相等时,该气膜 厚度十分稳定。
排烟温度,℃ 100~300 400~550 350~550
设备名称 干法水泥窑 氧吹平炉 炼锌烟化炉 炼铜反射炉 镍精炼炉 氧气顶吹转炉
排烟温度,℃ 600~800 700~1100 1000~1100 1100 ~1300 1400~1600 1650~1900
>400
650~900 260~600 排烟余热
国内行情
工程应用: (1)目前国内ORC仅应用于西藏地热发电,采用以色列 ORMAT的ORC透平 (2)包钢烟气ORC发电,正处于试运行阶段,由西安交 大程代京教授带领的团队开发
低温烟气有机郎肯循环系统热力性能与经济性的对比分析

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第11期·4010·化 工 进展低温烟气有机郎肯循环系统热力性能与经济性的对比分析韩中合,许鸿胜,范伟,赵若丞,王智(华北电力大学电站设备状态监测与控制教育部重点实验室,河北 保定 071003)摘要:以工业低温烟气余热有机朗肯循环(ORC )发电系统为研究对象,选取了两组共4种工质,基于热源参数分别对系统热力性能及经济性指标进行计算,分析不同工质系统的热经济性与经济性指标的变化,对4种工质的热力性能指标、经济性指标以及最佳工况进行对比分析。
结果表明,同组工质的净功量和热耗率变化相似且数值接近,但电力生产成本和投资回收期差别较大。
同一工质的最佳热经济性工况和最佳经济性工况存在差异,在本文条件下,工质最佳经济性工况下的蒸发温度高于最佳热经济性工况下的蒸发温度约8~10℃。
R600a 为所选4种工质中兼顾经济性与热经济性的最佳工质,采用R236ea 的系统热力性能好于R600,而采用R600的系统电力生产成本始终低于R236ea ,R600相比于R236ea 具有明显的经济性优势。
关键词:烟气余热;有机朗肯循环;热源参数;热经济性;经济性中图分类号:TK 12 文献标志码:A 文章编号:1000–6613(2017)11–4010–07 DOI :10.16085/j.issn.1000-6613.2016-2287Comparison of thermodynamic performance and economic efficiency ofORC system for low temperature flue gasHAN Zhonghe ,XU Hongsheng ,F AN Wei ,ZHAO Ruocheng ,WANG Zhi(Key Laboratory of Condition Monitoring and Control for Power Plant Equipment ,North China Electric PowerUniversity ,Baoding 071003,Hebei ,China )Abstract :This paper established the organic Rankine cycle (ORC ) systems which utilized low-temperature flue gas as heat source to generate electricity. 2 Groups of single working fluids were researched. By changing heat source parameters to alter the heat absorption of the systems ,the thermal equilibrium method was used to calculate thermal performance. Both thermodynamics and economics were taken into consideration to analyze the performance of systems with different working fluids. The result revealed that the two working fluids with the same group retained the similar parameters of network and heat consumption rate with the similar regularity of changes ,while the LEC (levelized electricity cost )and DPP (discounted payback period )were not similar. Under the condition studied ,the evaporation temperature optimized by economics was about 8—10℃ higher than that by thermodynamics. The comprehensive comparison showed that R600a was the best choice. The thermal performance of system using R236ea was better than R600,but the LEC of system using R600 was lower than R236ea. Compared to R236ea ,R600 had obvious advantage at the aspect of economics.Key words :flue gas waste heat ;organic Rankine cycle ;heat source parameter ;thermodynamic performance ;economic performance第一作者及联系人:韩中合(1964—),男,教授,博士,研究方向为热力设备状态监测与故障诊断及两相流计算测量。
低温烟气有机朗肯循环

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在工业生产过程中,大量低温烟气余热资源被浪费,通过有机朗肯 循环技术回收利用这些资源,可以提高能源利用效率。
有机朗肯循环技术
作为一种高效、环保的能源利用技术,有机朗肯循环技术在低温烟 气余热回收领域具有广阔的应用前景。
低温烟气有机朗肯循环简介
工作原理
低温烟气有机朗肯循环利用低温烟气余热资源,通过有机工质在蒸发器内吸收热量并蒸发 ,然后在膨胀机内做功,驱动发电机发电。做功后的乏汽在冷凝器内冷凝成液体,通过工 质泵升压后回到蒸发器,完成一个循环。
04
实验研究与结果分析
实验装置与实验方法
实验装置
搭建了一套低温烟气有机朗肯循 环系统,包括蒸发器、膨胀机、 冷凝器和工质泵等主要部件。
实验方法
通过模拟低温烟气的热源条件, 对系统进行性能测试,记录并分 析系统在不同工况下的运行数据 。
实验结果与数据分析
系统性能参数
实验结果表明,系统在低温烟气热源 条件下能够稳定运行,输出功率和热 效率等性能参数达到预期目标。
参数优化与性能预测
参数选择
分析影响低温烟气有机朗肯循环系统性能的关键因素,如工质类型、 系统结构、操作条件等,选择合适的参数进行优化。
优化方法
采用遗传算法、粒子群算法或模拟退火算法等优化方法,对选定的 参数进行优化设计,以提高系统性能。
性能预测
基于优化后的参数组合,利用数值模型对低温烟气有机朗肯循环系 统的性能进行预测,为实际应用提供理论支持。
03
系统设计与优化
系统总体设计
循环流程设计
系统安全性考虑
根据低温烟气特性和有机工质性质,设 计合理的循环流程,包括蒸发器、膨胀 机、冷凝器和工质泵等主要部件。
用于CNG冷能回收的低温有机朗肯循环系统热力学分析

第50卷第10期2019年10月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University(Science and Technology)V ol.50No.10Oct.2019用于CNG冷能回收的低温有机朗肯循环系统热力学分析李铖灏,曾志勇,陈星宇,李洁(中南大学能源科学与工程学院,湖南长沙,410083)摘要:针对现有压缩天然气(CNG)降压过程中冷能浪费较大的问题,提出使用低温有机朗肯循环系统回收CNG冷能。
通过建立低温有机朗肯循环系统模型,探究循环蒸发温度、冷凝温度以及冷、热源温度等参数对系统性能的影响。
研究结果表明:系统净输出功和系统热效率随蒸发温度的上升而增加,且存在1个最优蒸发温度使系统㶲效率达到最大;系统净输出功随冷凝温度的升高存在1个峰值,系统热效率和㶲效率均随冷凝温度的升高而降低;提高热源温度和降低冷源温度可以有效提高系统净输出功和系统热效率,但过高的热源温度和过低的冷源温度将导致㶲损失增大,进而降低系统㶲效率,同时也对系统设备提出了更高的要求。
关键词:低温有机朗肯循环;热力学分析;冷能回收;压缩天然气(CNG)中图分类号:TE09文献标志码:A文章编号:1672-7207(2019)10-2586-09Thermodynamic analysis of low temperature organic Rankine cycle system applied for CNG cold energy recoveryLI Chenghao,ZENG Zhiyong,CHEN Xingyu,LI Jie(School of Energy Science and Engineering,Central South University,Changsha410083,China)Abstract:To solve the problem of large waste of the cold energy in depressurization process of compressed natural gas(CNG),a low-temperature organic Rankine cycle(LTORC)system recovering the cold energy of CNG was proposed.Through the establishment of the LTORC model,the influences of the parameters such as evaporation temperature,condensation temperature,cold and heat source temperature on the system performance were investigated.The results show that the net power output and thermal efficiency of the system increase with the increase of evaporation temperature,and there is an optimal evaporation temperature to maximize the exergy efficiency of the system.There is a peak value of net power output of the system with the increase of condensation temperature.Meanwhile,thermal efficiency and exergy efficiency of the system decrease.Increasing heat source temperature and decreasing cold source temperature can effectively improve the net output power and thermal efficiency of the system.However,when the heat source temperature is excessively high or the cold source temperature is excessively low,the system exergy loss increases which leads to the decrease of system exergy收稿日期:2019−01−12;修回日期:2019−03−22基金项目(Foundation item):国家自然科学基金资助项目(21506257)(Project(21506257)supported by the National Natural Science Foundation of China)通信作者:曾志勇,博士,副教授,从事中低温热源发电系统及其优化研究;E-mail:*******************.cnDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2019.10.026第10期李铖灏,等:用于CNG冷能回收的低温有机朗肯循环系统热力学分析efficiency.At the same time,it increases the requirements on system equipment.Key words:low temperature organic Rankine cycle;thermodynamic analysis;cold energy recovery;compressed natural gas(CNG)天然气是重要的一次能源,其主要成分是甲烷,具有燃烧热值高、对环境友好的特点[1−4]。
有机朗肯循环低温余热发电系统综述

有机朗肯循环低温余热发电系统综述引言在工业生产过程中,大量的热能会以余热的形式排放到环境中,造成了能源的浪费。
这些废热也可能对环境造成影响。
利用余热进行发电,不仅可以提高能源利用效率,还可以减少对环境的影响。
有机朗肯循环低温余热发电系统正是一种利用余热发电的新型技术,本文将就有机朗肯循环低温余热发电系统的原理、特点、应用及发展前景进行综述。
一、有机朗肯循环低温余热发电系统的原理有机朗肯循环低温余热发电系统是利用有机朗肯循环技术,将低温余热转化为电能的一种系统。
其原理是利用有机朗肯循环工质和低温热源之间的温差来驱动发电机发电。
有机朗肯循环是将有机工质置于一个封闭的循环系统内,利用热能的输入和排出来驱动涡轮机进行发电的一种循环系统。
当有机工质受热使得蒸汽压升高时,蒸汽压推动涡轮机工作,从而带动发电机发电;而在冷凝器中,有机工质又被冷却再次变成液态,完成循环。
有机朗肯循环低温余热发电系统是通过这样一个闭合的循环系统,将低温余热转化为电能。
二、有机朗肯循环低温余热发电系统的特点1. 低温工作:有机朗肯循环低温余热发电系统的工作温度低,通常在100°C以下。
这使得这种系统可以有效利用那些传统热能利用技术无法利用的低品位热能资源,如煤矿瓦斯、生活污水、工业废热等。
2. 环保高效:有机朗肯循环低温余热发电系统的工作过程无需核心机械设备如大型锅炉或锅炉,排放的废气和废水相对较少,具有较高的环保性。
由于其低温工作特点,利用的低品位热能资源不会与食品、药品等高温生产过程相冲突,环保性较好。
3. 经济效益:有机朗肯循环低温余热发电系统具有投资少、成本低、回收期短等特点,从经济角度来看很有吸引力。
4. 可操作性强:有机朗肯循环低温余热发电系统的操作比较简便,不需要特别复杂的操作程序,管理维护成本低。
三、有机朗肯循环低温余热发电系统的应用有机朗肯循环低温余热发电系统已经在多个领域得到了应用,主要包括以下几个方面:1. 电厂余热利用:在电厂生产过程中,通常会有大量的低温余热排放,有机朗肯循环低温余热发电系统可以有效地利用这些余热进行发电,提高能源利用效率。
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2 0 1 3年 8月
汽
轮
机
技
术
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Vo I . 5 5 No . 4
Au g . 2 0 1 3
TURBI NE TECHNOLOGY
低 温 有 机 朗肯 循 环 的工 质 选 择 及 系统 性 能分 析
韩 中合 , 于 一达 , 王 智 , 杜 燕
( 电站 设备 状 态监 测与控 制教 育部 重点 实验 室( 华 北 电力 大学 ) , 保定 0 7 1 0 0 3 )
( N o r t h C h i n a E l e c t r i c P o w e r U n i v e r s i t y ) , B a o d i n g 0 7 1 0 0 3, C h i n a )
Ab s t r a c t : U n d e r t h e p r o p o s e d wo r k i n g c o n d i t i o n s , R1 2 3, R1 41 b, R2 4 5 c a, R2 4 5 f a , R 6 0 1 , R 6 0 1 a a r e c h o s e n a s t h e w o r k i n g
l f u i d s o f t h e l o w — t e mp e r a t u r e Ra n k i n e c y c l e s y s t e m ,t h e n t h o s e . w o r k i n g f l u i d s a r e i n v e s t i g a t e d a n d c o mp a r e d b a s e d o n i f r s t l a w o f t h e r mo d y n a mi c s a n d s e c o n d l a w o f t h e mo r d y n a mi c s .R e s u l t s s h o w t h a t R1 41 b i s a n a v a i l a b l e a n d e f f e c t i v e wo r k i n g l f u i d f o r l o w— t e mp e r a t u r e Ra n k i n e c y c l e .T h e i mp a c t o f t h e t u r b i n e o u t p u t t e mp e r a t u r e a n d p r e s s u r e o n t h e s y s t e m p e r f o ma r n c e o f o r g a n i c R a n k i n e s y s t e m wa s i n v e s t i g a t e d .I n c l u d i n g s y s t e m n e t o u t p u t p o we r ,h e a t bs a o r p t i o n c a p a c i t y a n d t h e ma r l e ic f i e n c y . Ke y wo r d s : wa s t e h e a t r e c o v e r y; o r g a n i c r a nk i n e c y c l e; wo r k i n g li f u d; t h e r mo d y n a mi c a n a l y s i s
摘要 : 选取 R 1 2 3 , R1 4 1 b , R 2 4 5 c a , R 2 4 5 f a , R 6 0 1 , R 6 0 1 a作为有机朗肯循环 的工质 , 在不同蒸发 温度条件下 , 对其 热力
循 环特性进 行 了计算 分析 , 以热力 学第一定 律和第二定 律为基 础进行 了比较 。结果表 明 , R 1 4 1 b是适合本循 环系 统的最佳工质 。同时还研究 了汽 轮机 进 口温度和进 口压力对该 系统 的净功量 、 吸热量及热效率 的影 响。
的性 能 J 。T . C . H u n g比较 了 苯 、 甲苯 、 对 二 甲苯 、 R 1 1 3 、
0 前
言
R 1 2 3等 5种工质 , 结 果表 明对于 3 0 o ℃左 右热源 , 采 用二 甲
HAN Z h o n g — h e,YU Yi . d a 。WANG Z h i ,DU Ya n
( L a b o r a t o r y o f C o n d i t i o n Mo n i t o r i n g a n d C o n t r o l f o r P o w e r P l a n t E q u i p m e n t
关键词 : 低 温热源 ; 有机 朗肯循环 ; 工质 ; 性能分析 分类号 : T K 5 1 4 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 1 - 5 8 8 4 ( 2 0 1 3 ) 0 4  ̄2 6 1 - 0 4
S e l e c t i o n o f Wo r k i n g F l u i d s a n d T h e r mo d y n a mi c An a l y s i s f o r L o w. t e mp e r a t u r e O r g a n i c Ra n k i n e C y c l e s S y s t e m