渦輪復合技術和ORC余熱回收系統對渦輪增壓重型柴油機性能影響研究

本文主要研究了兩種廢熱回收（WHR）策略，即有機朗肯循環（ORC）和渦輪復合技術的影響，并基于重型柴油機的性能，使用一維仿真引擎軟件（GT-POWER）來模擬各種發動機轉速和制動平均有效壓力（BMEP）下的制動特定燃料消耗量（BSFC）。首先，使用實驗性BSFC圖來校準6缸渦輪增壓發動機（Holset HDX55V）的仿真模型(見文中Figure.2(d))以預測發動機排氣熱力學條件，例如各種運行條件下的排氣質量流量和排氣溫度等。然后，利用這些發動機排氣條件為ORC和渦輪復合技術提供進氣條件，評估每種技術可回收的可用排氣能量。研究結果表明，ORC熱回收系統在低轉速和高負荷下能夠產生令人滿意的效果，而在中高轉速下，渦輪復合熱回收系統較好。

本文探索了在不同工作區域（發動機轉速和BMEP）使用兩種技術來運行發動機的優缺點，并由此得出以下推論：

·可用的排氣能量取決于排氣質量流量和排氣溫度，而且，排氣能量曲線值的變化趨勢與質量流量直接相關。

Figure 2.(d)Schematic view of ORC system modeled in GT-Power code.

·利用ORC廢熱回收系統的廢氣質量流量和排氣溫度，可以在低速和8-16 kW的高速下產生約2-4 kW的功率。

·BSFC在低轉速時能夠被降低2-3%，中速至高速時能夠被降低3-5%。

·在渦輪復合技術中，能夠獲得最大功率的最佳渦輪轉速通過參數掃描來確定：低速時最佳轉速為120,000rpm，中速為60,000-65,000rpm，高速時為95,000轉。

·在渦輪復合技術中，由于第二臺渦輪機的增加而產生背壓，導致BSFC有所增加。

總的來說，ORC廢熱回收和渦輪復合系統的使用是主觀的，取決于發動機的運行條件：在低速運行時，使用ORC熱回收效率更高，但在中速和高速運行情況下，渦輪復合技術是更好的選擇。