有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的傳遞分析

張明智，劉 輝

(華北電力大學(xué) 能源動(dòng)力與機(jī)械工程學(xué)院，河北 保定 071003)

0 引言

有機(jī)朗肯循環(huán)是一種用有機(jī)工質(zhì)回收低溫?zé)嵩矗a(chǎn)生電能的新型環(huán)保技術(shù)，可回收不同溫度范圍內(nèi)的低溫?zé)崮躘1]。很多專家學(xué)者對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了傳統(tǒng)的能量平衡分析和分析，但是這兩種方法都不能描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。本文采用傳遞理論，以R245fa為工質(zhì)，針對(duì)100℃左右的熱源，在給定工況下的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，得出了有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)工作過程中的動(dòng)態(tài)特性，為優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了新的依據(jù)。

1 ORC系統(tǒng)傳遞模型及評(píng)價(jià)

圖1ORC系統(tǒng)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(huán)境溫度，K;

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

式中:exs為源側(cè)的流密度;exc為穴側(cè)的流密度，kJ/(h·m2)。

對(duì)于恒壁溫工況下，傳熱溫差ΔT按對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算[4]:

式中:Tfi，Tfo分別為流體進(jìn)出口截面上的平均溫度。

式中:Exτi為某種流;Xej為產(chǎn)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(chǎn)生的第i種流的唯象系數(shù)。在膨脹機(jī)內(nèi)主導(dǎo)勢場為壓力場，因此可得膨脹機(jī)內(nèi)的傳遞系數(shù)為

2 ORC系統(tǒng)傳遞分析與分析

以R245fa為工質(zhì)回收利用100℃左右的低品位熱源進(jìn)行發(fā)電，結(jié)合實(shí)際情況選取如下操作參數(shù)作為計(jì)算工況:膨脹機(jī)入口溫度t1=70℃，入口壓力p1=0.5 MPa;膨脹機(jī)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(jī)的等熵效率ηs=0.7。計(jì)算得到各工況點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)，如表1所示[6]。循環(huán)系統(tǒng)計(jì)算數(shù)據(jù)表如表2所示。

表1 計(jì)算工況下循環(huán)各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)Tab.1 State parameters of various points of the cycle for calculation condition

表2 循環(huán)系統(tǒng)計(jì)算數(shù)據(jù)表Tab.2 Calculated data of circulation system

3 結(jié)果分析

圖2 循環(huán)用能合理性比較Fig.2 Cycle energy reasonableness comparison

4 結(jié)論