低温余热发电有机朗肯循环工质选择.pdf

广东化工2011年第9期
·152·www.gdchem.com第38卷总第221期

低温余热发电有机朗肯循环工质选择

张大海，魏新利，孟祥睿，常佳
(郑州大学化工与能源学院，河南郑州450001)

[摘要]为了筛选出适宜于363K(90℃)左右余热驱动的有机朗肯循环发电系统的工质，文章提出十个优选工质的条件，并通过对十种低沸
点有机工质的性能对比分析。结果表明，R141b最适宜作为此温度的余热回收工质，综合性能高于其他工质，文中通过计算证明，对于有机朗
肯循环添加回热会大大提高系统效率。
[关键词]工业余热发电；有机朗肯循环；工质筛选
[中图分类号]TH[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2011)09-0152-02

TheFluidSelectionofOrcPowerSystemforEnergyRecovery

ZhangDahai,WeiXinli,MengXiangrui,ChangJia
(SchoolofChemicalEngineeringandEnergy,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China)

Abstract:Toselecttheworkfluidfitforthepow-generationsystemof363Kwasteheatrecoverytheorganicrainkinecycle(ORC),inthepaper,tenworking
fluidselectionrequirementispresented.Comparedandanalysisedthetenfluids,wefoundthatR141bwasthebestworkfluidfitforthetemperature,the
performancewasbetterthantheotherrefrigerants,provedbycalculating,organicrankinecyclesystemwithaninternalheatexchangerwouldgreatlyimprovethe
efficiencyofheatefficiency.
Keywords:industrywasteheat；organicrainkinecycle；fluidselection

当前，面对能源形势的紧张，国内外一方面集中研究可再生w=h−h
1221(3)
的替代能源，如土壤温差能，海水温差能，太阳能，生物质能，η=(w−w)/q=[(h−h)−(h−h)]/(h−h)
一方面研究对现有的低品位热能的的利用，如工业余热，生活污th341223342132(4)
水废热。上述能源的共同特点就是比较分散、品位低，使得其利以上分析是针对不加回热系统的干工质有机朗肯循环，文中
用存在一定难度。文献[1]指出，分布式有机朗肯循环发电可以用前面提到，由于干工质的特殊的饱和线，导致放热温度过高，有
于以上领域，可以减少热污染，提高热利用效率。而对于有机朗卡诺定理知道，相同条件下平均放热温度越高，系统效率越低，
肯系统，系统的效率与工质的选择有很大关系，文献[2]中对工质直接采用外部冷凝器，不利于系统效率的提高，若在系统中添加
的筛选采用数学计算的方法，对一部分工质的特性进行了预测。回热过程，则有助于提高系统的效率。在进行编程计算时，假定
文章以实验室小型低温余热发电系统的操作工况为背景，针对回热器，乏汽入口温度为T4，出口温度为T4a，从增压泵出口的过
REFPROP7数据库[3]中的所有干工质，除去国家环境保护总局发冷工质温度为T2，回热出口的工质温度为T2a，其他条件按照上述
表的《中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案》最新修订版列出不加回热，由于
T=f(s,p)
的淘汰制冷剂，对其余10种干工质采用文章所列的考量条件，采431(5)
用matlab编程对工质进行综合筛选，并验证了亚临界干工质有机假设
朗肯循环中添加回热系统对整个系统效率的提高作用。T=T−ΔT
4a4(6)
1系统分析回热出口焓
h=f(T,p)
4a4a1(7)
通过回热器交换的能量为：
q=h−h
ex44a(8)
T23过冷工质通过回热器获取的热量为
h=q+h
2aex2(9)
由效率公式可知

ηth=(w34−w12)/q2a3=[(h3−h4)−(h2−h1)]/(h3−h2a)
4(10)
通过对以上方程联立并化简

η=f(T4a)
2(11)
T11由上面的式子可知，如果吸热和放热相同，循环效率是回热
温度的函数。其中h1，h2，h3，h4为图四中相应状态点的比焓。
针对150以下℃低温余热回收，选取90℃的余热，参照郑州自
来水夏天20℃，取30℃的冷凝温度，增