有機朗肯循環系統的傳遞分析

張明智，劉 輝

(華北電力大學 能源動力與機械工程學院，河北 保定 071003)

0 引言

有機朗肯循環是一種用有機工質回收低溫熱源，并產生電能的新型環保技術，可回收不同溫度范圍內的低溫熱能[1]。很多專家學者對有機朗肯循環系統進行了傳統的能量平衡分析和分析，但是這兩種方法都不能描述系統的動態特性。本文采用傳遞理論，以R245fa為工質，針對100℃左右的熱源，在給定工況下的有機朗肯循環系統進行了分析，得出了有機朗肯循環系統工作過程中的動態特性，為優化系統結構提供了新的依據。

1 ORC系統傳遞模型及評價

圖1ORC系統傳遞模型Fig.1 ORC system exergy transfer model

式中:qxs為源的熱流密度，W/m2;θ為余熱源的平均溫度;T0為環境溫度，K;

式中:qxc為穴側有機工質的熱流密度，W/m2;T為有機工質在受熱面進出口的平均溫度，K;h，s分別為工質的焓和熵kJ/kg，kJ/(kg·k)。

式中:exs為源側的流密度;exc為穴側的流密度，kJ/(h·m2)。

對于恒壁溫工況下，傳熱溫差ΔT按對數平均溫差計算[4]:

式中:Tfi，Tfo分別為流體進出口截面上的平均溫度。

式中:Exτi為某種流;Xej為產生 Exτi的所有各種勢場力中的j種勢場力;Lej為由第j種勢場力所產生的第i種流的唯象系數。在膨脹機內主導勢場為壓力場，因此可得膨脹機內的傳遞系數為

2 ORC系統傳遞分析與分析

以R245fa為工質回收利用100℃左右的低品位熱源進行發電，結合實際情況選取如下操作參數作為計算工況:膨脹機入口溫度t1=70℃，入口壓力p1=0.5 MPa;膨脹機出口壓力p2=0.15 MPa;冷卻水的入口溫度為20℃，出口溫度25℃;膨脹機的等熵效率ηs=0.7。計算得到各工況點的狀態參數，如表1所示[6]。循環系統計算數據表如表2所示。

表1 計算工況下循環各點的狀態參數Tab.1 State parameters of various points of the cycle for calculation condition

表2 循環系統計算數據表Tab.2 Calculated data of circulation system

3 結果分析

圖2 循環用能合理性比較Fig.2 Cycle energy reasonableness comparison

4 結論