在世界范围内,超过九成的电能产生都通过以水和水蒸气为循环工质的朗肯循环产生,其主要包括定压吸热、等熵膨胀、等压冷凝和等熵压缩等四个过程。当热源温度低于370℃时,例如余热及地热等,以水为工质的传统朗肯循环已经不能对其进行有效的利用。在这种背景下,有机朗肯循环逐渐受到研究者的重视。有机朗肯循环(OrganicRankineCycle,ORC)采用低沸点有机物为工质(如R113,R123等),具有使用寿命长、维护费用低和自动化程度高等特点,使得朗肯循环能够从低品位的热源中吸热,因此特别适合中低温余热的利用。ORC技术与常规的水蒸气朗肯循环相比有很多优点。上海ORC发电组
在ORC低温余热发电系统中,有机工质的研究和选择是更重要的内容之一,因为有机工质的物理性质对热源的回收效率起着决定性的作用,并对系统组件的设计难度有重要影响。例如,工质的冷凝压力高,会导致密封系统设计难度高。由于ORC系统回收的是低温余热,为了使工作介质在较低温度下汽化,应采用沸点较低的有机工作介质。同时,低沸点有机工作介质还应具有以下理想特性:低临界压力和临界温度,良好的干湿性能,低粘度,低表面张力,高循环效率,较高的安全性和环境友好性,根据机器运行环境,合理选择国内主流出色有机工质作为ORC机组运行工质。南京ORC发电组有机朗肯循环发电,提高能源利用效率。
有机朗肯循环优势:(1)效率高,系统构成简单,不需要设置除氧、除盐、排污及疏放水设施;凝结器里一般处于略高于环境大气压力的正压,不需设置真空维持系统。(2)透平进排气压力高,所需通流面积较小,透平尺寸小。(3)使用干流体时,余热锅炉中不必设置过热段,工质蒸汽直接以饱和气体进透平膨胀做功。(4)可实现远程控制,无人值守,需要极少的运行、维修人员,运行成本很低。(5)单机容量可从几千瓦到数千千瓦。(6)系统部件、设备可实现标准模块化生产,能缩短安装周期,降低了制造成本。(7)适用于温度高于70℃以上的低温余热源。
有机朗肯循环(ORC)在中低温热能回收领域有着普遍的应用,但在中低温范围内很多热源工况存在较强的波动,如太阳热能,工业或内燃机烟气余热等。ORC系统在变工况热源驱动下可能会产生如下问题:系统吸热过多导致系统内温度、压力过高,工质裂解;系统吸热不足而导致膨胀机液击,系统无法正常运行。因此,研究ORC系统在变工况热源下的动态运行情况变得十分重要。以ORC系统在变工况热源下的动态特性为主要研究对象,采用实验研究与仿真模拟相结合的研究方法。有机朗肯循环的工质是低沸点、高蒸汽压的有机工质。
动态透平效率对有机朗肯循环系统性能的影响:向心透平效率随运行参数的变化及工质种类的不同有较大差别,引入向心透平一维分析模型来计算透平效率,分析蒸发温度与冷凝温度对透平效率的影响,比较固定透平效率与动态透平效率有机朗肯循环(ORC)系统的热力性能与经济性能。采用非支配解排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)优化ORC系统筛选出更优工质,确定更佳蒸发温度与冷凝温度。同时比较了不同热源温度下固定透平效率和动态透平效率ORC系统的更佳运行参数,分析了透平效率随热源温度的变化。有机朗肯循环发电技术运行成本很低。福建230kwORC低温发电机
ORC对较低温度热源的利用有更高的效率。上海ORC发电组
有机朗肯循环(ORCs)特别适用于回收低品位热源的能量。本文描述了一个用于从流量和温度可变的余热源中回收能量的小型ORC。传统的静态模型无法预测在变化的热源下循环的瞬态行为,而这种能力对于在部分负荷运行和启动和停止过程中模拟适当的循环控制策略是必不可少的。因此,提出了一个ORC的动态模型,特别关注热交换器的时变性能,其他部件的动态是次要的。提出并比较了三种不同的控制策略。仿真结果表明,基于各种工况下循环稳态优化的模型预测控制策略效果更好。上海ORC发电组
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