低温朗肯循环发电系统中的蒸发器设计研究
315_kW有机朗肯循环试验样机蒸发器热力性能研究
·315涂霜,李应超,杨佐卫,周刚,梁阳阳(东方汽轮机有限公司,四川德阳,618000)摘要:以315kW有机朗肯循环试验样机蒸发器为目标,通过理论公式计算沸腾传热系数和换热面积,并结合商用软件HTRI进行对比验证。
研究了釜式蒸发器雾沫夹带的主要影响因素,据此为结构设计提供了理论指导。
最后通过机组的运行数据,对蒸发器的换热性能积进行评估,试验结果和HTRI软件仿真结果偏差小,蒸发器的换热面积满足设计要求,对ORC的工程应用提供参考。
关键词:蒸发器,沸腾传热,雾沫夹带,性能评估,HTRI中图分类号:TM616文献标识码:A文章编号:1674-9987(2023)03-0032-05Thermal Performance of Evaporator for315kW Organic Rankine Cycle Test PrototypeTU Shuang,LI Yingchao,YANG Zuowei,ZHOU Gang,LIANG Yangyang(Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000)Abstract:Taking the evaporator of315kW organic Rankine cycle test prototype as the target,the boiling heat transfer coefficient and heat transfer area were calculated by theoretical formula,and compared and verified by commercial software HTRI.The main influencing factors of the entrainment of foam in kettle evaporator are studied,which provides theoretical guidance for the structural design.Finally,the heat transfer performance of the evaporator is evaluated through the operation data of the unit.The deviation between the test results and HTRI software simulation results is small,and the heat transfer area of the evaporator meets the design requirements,which provides a reference for the engineering application of ORC.Key words:evaporator,boiling heat transfer,entrainment of spray,performance evaluation,HTRI.蒸发器作为有机朗肯循环(ORC)发电系统的一个主要部件,其功能是利用热源(如热水、蒸汽等)将有机工质煮沸,产生的气态工质推动透平做功,进而驱动发电机发电,从而实现热能向电能的转换。
低温佘热有机朗肯循环发电系统热经济性分析
ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｃ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｎ ｇ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ ｉ ｔ ｙ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ｐ ａ ｙ ｂ ａ ｃ ｋ ｐ ｅ ｒ ｉ ｏ ｄ ｏ ｆ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉ ｓ ａ ｔ ０ ． １ ４ ２ ｙ ｕ ａ ｎ ／ （ ｋ Ｗ ・ ｈ ）
中图分 类号 ：Ｔ Ｍ６ １ ７ 文献标志码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ ０ ２ － １ ６ ３ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ３ ３ — ０ ４
Ｔｈ ｅ ｒ ｍｏ － ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍｉ ｅ Ａｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｐｏ ｗｅ ｒ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｏｒ ｇ ａ ｎ ｉ ｃ Ｒａ ｎ ｋ ｉ ｎ ｅ Ｃｙ ｃ ｌ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｌｏ ｗ Ｇｒ ａ ｄ ｅ Ｗａ ｓ ｔ ｅ Ｈｅ ａ ｔ Ｒｅ ｃ ｏ ｖ ｅ ｒ ｙ
低温佘热有机朗肯循环发 电系统热经济性分析
王 志奇 ，夏小 霞 ，周 乃君２
（ １ ．湘潭大学 机械 工程 学院，湖南 湘潭 ４ １ １ １ ０ ５ ；２ ．中南大学 能源科学 与工程学 院，湖南 长沙 的低温烟气 ，建立 有机 朗肯循环 发电系统的热经济分析模型 ，分析 蒸发压 力 、热源温度及蒸发器最小传 热 温差对 系统 经济性能的影响 。分析结果表明 ：热源温度为 １ ４ ０℃，循环采用 Ｒ１ ２ ３的经济性最佳，相 应的发电成本 与动 态投 资回收 期分 别为 ０ ． １ ４ ２ 元／ （ ｋ Ｗ・ ｈ ）与 ３ ． ６ ８年 。余 热发电系统存在 一个经济性最高的蒸发压力，不 同工质对应 的最佳蒸发压力也不 同。蒸 发器 内最小 传热温差为 １ ５℃时，系统的经济性较好 。烟气 温度在 １ ｏ ０～ ｌ ８ ０℃时，系统 采用 Ｒ １ ２ ３的投 资回收期最短 ，而烟气 温 度高于 １ ８ ０℃时，Ｒ１ ４ １ ｂ的经济性 更高 ；不 宜采用有机朗肯循环发 电技术 回收温度低于 １ ０ ０℃的低温烟气 。 关键词 ：有机 朗肯循 环；低温余热；热经济性分析 ； 余热 发电
分析有机朗肯循环低温余热发电系统综述
分析有机朗肯循环低温余热发电系统综述摘要：余热发电是我国节能发展中的重点节能工程之一，目前在我国工业领域中存在着大量的低温余热资源，但因缺乏一定的利用从而导致能源被分散。
而有机朗肯循环在面对低温余热发电系统时，可有效达到能源再利用、节能减排、美化环境的效果。
在低温余热发电领域中，目前可利用有机朗肯循环模式进行余热发电系统的运行。
其中有机朗肯循环包括膨胀机、冷凝器、低压储液器、工质泵、预热器、蒸发器，以及润滑系统等部分组成。
有机朗肯循环原理为：以低沸点有机物作为工作介质，经预热器、蒸发器加热，吸收了热源的能量，由液体变为高温气体。
进入膨胀机，在转子基元容积内，气体膨胀对外做功，驱动发电机旋转发电。
工质变为低压、低温的气体，再经冷凝器冷凝为液体，通过储液器进入工质泵，经过工质泵加压后，重新回到预热器和蒸发器吸热，如此往复循环。
因为是热力系统的原因，所以膨胀机的轴功率输出、冷凝器负荷、预热器蒸发器负荷会因冷热源条件的变化而变化。
关键词：有机朗肯；循环；低温余热；发电；系统引言：目前随着节能减排工作的不断深入，低温余热资源的利用成为目前节能工作的首选。
根据调查显示，我国低温余热资源非常丰富，特别是在化工、工业领域中存在大量的低温余热，可回收率达到80%以上。
因此，利用有机朗肯循环发电系统对低温余热进行回收，进而充分回收用能设备与化学反应设备中产生的未被回收的低温余热。
有机朗肯循环系统是利用低沸点工质为循环介质，其主要是利用余热、换热器、冷凝器等进行的。
在有机工质进换热器时可吸收热量，进而形成一定的压力与温度的饱和液体状态，在蒸发器再次吸收热量变成饱和气态工质推动膨胀机运行，做工后的有机乏气（工质）返回储液器循环利用，可实现回收低温余热的效果。
由此可见，有机朗肯循环低温余热发电系统在我国有着较强的应用价值。
本文主要分析有机朗肯循环低温余热发电系统的特点，并提出目前利用现状，以供参考。
1.有机朗肯循环低温余热发电系统阐述1.1有机朗肯循环低温余热发电系统的原理有机工质朗肯循环低温余热的发电原理是采用有机工质作为热力循环的工质进行的，通过有机工质对低温余热进行吸收从而产生高压蒸汽，在高压蒸汽下可推动膨胀机带动发电机进行发电[1]。
有机朗肯循环中蒸发器的建模与控制
有机朗肯循环中蒸发器的建模与控制楼赣菲;樊楼英;沈伟华【摘要】有机朗肯循环是目前工业余热回收的一种常用技术手段,其中蒸发器是该循环的主要组成部分.由于不稳定的工业余热会导致蒸发器的操作条件偏离设定值,甚至违反安全约束,所以很有必要对蒸发器的操作条件进行控制,使之满足安全约束的要求.基于移动边界原理对蒸发器进行了机理建模,并在基本PI控制的基础上分别结合静态前馈和动态前馈对蒸发器的控制进行了仿真研究,结果表明采用动态前馈辅助的PI控制器抗干扰能力最好.【期刊名称】《丽水学院学报》【年(卷),期】2018(040)005【总页数】7页(P69-75)【关键词】有机朗肯循环;蒸发器建模;前馈控制【作者】楼赣菲;樊楼英;沈伟华【作者单位】丽水学院工学院,浙江丽水323000;丽水学院工学院,浙江丽水323000;丽水学院工学院,浙江丽水323000【正文语种】中文【中图分类】TK1150 引言随着工业的发展，能源消耗越来越多，而且环保的政策也越来越严格，所以很有必要通过提高能源的利用率来减少能源的消耗。
在化工、钢铁等工业生产过程中存在着大量被排放的低温废热，可以通过对这些废热进行回收利用，从而提高能源的综合利用率。
目前，低温废热回收技术有许多不同的种类，如热电发电机，废气涡轮机等，但有机朗肯循环被认为是最有效的一种废热回收方式，具有利用效率高，实现较为容易的优势[1]。
在有机朗肯循环中，蒸发器是最重要的一个组成部分，其工作性能的好坏直接决定了整个循环效率的高低，所以当废热温度或流量有波动时，很有必要通过控制来保持蒸发器中温度、压力等操作条件稳定在设定值上，满足操作安全的约束。
废热的随机波动特性和蒸发器的非线性特性使对蒸发器的控制不容易实现。
现已有很多文献对朗肯循环中的蒸发器提出了不同的先进控制方式，如预测控制[2-3]、最小方差控制[4]、鲁棒控制[5]、最优控制[6]等，但工业中最常用的还是传统的PI 控制。
有机朗肯循环蒸发器设计与不可逆损失分析
有机朗肯循环蒸发器设计与不可逆损失分析摘要：建立有机朗肯循环低温余热发电和蒸发器换热的物理模型，分析蒸发器系统参数和运行效率的关系，揭示热源入口温度和流量等因素对余热回收率和㶲损失的影响规律。
结果表明热源出口温度、热源窄点温度和蒸发器窄点温差均随热源质量流量和入口温度的增加而单调增大。
吸热系统的余热回收率随热源质量流量和入口温度的增加而单调降低。
蒸发系统不可逆损失和ORC系统总体不可逆损失随热源质量流量和入口温度的增加而单调增大。
当热源工质流量和入口温度提高时，适当提高蒸发温度和蒸气过热度，可降低蒸发器窄点温差，提高余热回收率和降低不可逆损失。
关键词：有机朗肯循环；低温余热发电；余热回收率；㶲损失；蒸发器窄点温差1.引言有机朗肯循环（简称ORC）是目前最有前景的200℃以下的低温工业余热利用技术，能将热水、废烟气和废蒸汽中的余热热能转化为电能[1-3]。
ORC技术应用过程中，蒸发器的不可逆损失较大，因此合理设计蒸发器窄点温度、热源入口温度和流量，对提高ORC系统综合能量利用率具有重要的意义[2-5]。
本研究拟建立有机朗肯循环低温余热发电和蒸发器换热的物理模型，分析蒸发器系统参数和运行效率的关系，揭示热源入口温度和流量等因素对余热回收率和㶲损失的影响规律。
本文的分析有助于认识ORC系统运行参数和蒸发器设计参数的影响规律，优化系统指标，提高能量的综合利用效率。
2.物理模型图1示出有机朗肯循环系统主要包括预热器、蒸发器、膨胀机、冷凝器、储液器和压缩泵。
ORC循环包括定压加热（5-6-7-1）、绝热膨胀（1-2）、定压冷却（2-3-4）和绝热加压（4-5）四个热力过程[1-5]。
模型假设条件包括：1）系统处于稳定流动状态；2）忽略向环境的散热损失；3）蒸发器、冷凝器和连接管道的压力损失和焓降忽略不计。
3.结果分析与讨论3.1 热源质量流量的影响热源的质量流量为5~21 kg/s，热源的入口温度Ta,in为160℃，有机工质的质量流量为1 kg/s。
低温余热回收有机朗肯循环技术
低温余热回收有机朗肯循环技术摘要：低温余热广泛存在于高耗能行业中，有机朗肯循环（ORC）利用低温余热发电技术具有众多优势，国内外的许多学者展开了各方面的研究工作，使该技术在工业余热、地热等领域商业化成功。
在采用有机朗肯循环（ORC）发电技术时要充分考虑项目的经济效益，而不能一味地考虑余热的回收效率。
关键词：低温余热有机朗肯循环余热回收经济性分析能源是人类社会生存发展的重要物质基础，攸关国计民生和国家战略竞争力。
“节能减排”是我国可持续发展的一项长远发展战略，也是我国的重要基本国策，随着工业化、城镇化进程加快和消费结构持续升级，我国能源需求刚性增长，资源环境问题仍是制约我国经济社会发展的瓶颈之一，节能减排依然形势严峻、任务艰巨[1]。
加大节能减排设备的研发，即减少能源浪费和环境污染，将创造巨大的经济效益和社会效益。
工业低温余热广泛存在于电力、钢铁、有色金属、建材、石油、化工、煤炭等高耗能行业中，据工信部统计，目前，在七大高耗能行业中余热总资源量约3.5亿吨标煤，其中200℃以下的低品位余热资源约占总余热资源的54%左右，如果将此余热资源加以转换，将可实现约1840万KW的装机规模。
有机朗肯循环（ORC）发电原理有机朗肯循环（ORC）发电系统和传统的朗肯循环发电系统原理相同，区别在于有机朗肯循环采用低沸点的有机工质作为循环工质，最大限度的回收余热资源。
有机朗肯循环（ORC）发电系统主要设备包括：换热器（蒸发器和冷凝器），低沸点工质透平压缩机，膨胀机和发电机等（如图1所示）。
图1 有机朗肯循环（ORC）发电系统图有机朗肯循环（ORC）发电系统主要包括以下4个过程。
：（1）低温低压液体有机工质通过工质泵升压后进入蒸发器中（1-2过程），有机工质泵做功：式中：m——有机工质质量流量（Kg/s）h1——工质泵入口有机工质焓值（KJ/Kg）h2——工质泵出口有机工质焓值（KJ/Kg）——工质泵出口等熵工质焓值（KJ/Kg）——工质泵效率（2）高压低温有机工质进入蒸发器后，被高温流体加热，变成高温高压蒸汽（2-3-4过程），有机工质吸热量为：式中：——蒸发器入口工质焓值（KJ/Kg）——蒸发器出口工质焓值（KJ/Kg）（3）高温高压蒸汽进入膨胀机做功，膨胀机进而拖动发电机发电（4-5过程），膨胀做功量为：式中：——膨胀机入口工质焓值（KJ/Kg）——膨胀机出口工质焓值（KJ/Kg）——膨胀机等熵膨胀效率（4）膨胀后的低压低温蒸汽进入冷凝器，和循环冷却水进行换热，冷却成低温低压液体有机工质，完成整个循环（5-6-1过程）。
中低温余热发电系统有机朗肯循环蒸发器液位动态特性
中低温余热发电系统有机朗肯循环蒸发器液位动态特性李露水;马括;李茂东;楼波【摘要】中低温余热发电系统有机朗肯循环大型化发展中,维持系统参数稳定是安全经济运行的前题,而蒸发器液位动态特性研究就显得很有必要.通过建立蒸发器液位模型,分析了其内扰和外扰影响因素,并通过事例进行了分析,认为相比以水为做功介质,有机工质蒸发器在外界扰动时响应时间提前30% ~50%,幅度增加3倍.为了蒸发器的液位稳定,控制中需要响应速度更快的调节器,或者设计容量更大的蒸发器.【期刊名称】《江西科学》【年(卷),期】2017(035)005【总页数】5页(P770-773,804)【关键词】中低温余热发电系统;有机朗肯循环;蒸发器;液位特性【作者】李露水;马括;李茂东;楼波【作者单位】广州特种承压设备检测研究院,510663,广州;广州特种承压设备检测研究院,510663,广州;广州特种承压设备检测研究院,510663,广州;华南理工大学电力学院,510640,广州【正文语种】中文【中图分类】TM617Abstract：Utilization of low temperature waste heat in large-scale power production process of Organic Rankine Cycle,it is necessary to study the dynamic characteristics of the liquid level of the evaporator in order tomaintain the stability of the system parameters.Through the establishment of evaporator liquid level model,the internal disturbance and outside disturbance factors were analyzed.Through a evaporator example calculated and compared with water as medium,results show that organic medium evaporator to external disturbance has 30%～50%response time faster,three times amplitude than water.In order to stabilize the liquid level of the evaporator,the evaporator a higher capacity and his regulator needs to respond faster.Key words：low temperature waste heat power production system;organic rankine cycle;evaporator;characteristics of the liquid level中低温余热是一种低品位的能源，在能源危机与环境问题突现的今天，其开发利用得到越来越多的重视[1-2]。
太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统的数值优化及实验研究共3篇
太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统的数值优化及实验研究共3篇太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统的数值优化及实验研究1太阳能有机朗肯循环中低温热发电系统的数值优化及实验研究随着能源需求的增加和环境污染的日益严重，清洁能源的应用成为全球能源领域的关注焦点。
太阳能作为一种可再生的清洁能源，具有广泛的应用前景。
然而，由于太阳能的出力不稳定，需要进行储存和转换，而传统的储能方式成本较高，使得太阳能的应用受到了很大的限制。
因此，太阳能热发电技术应运而生。
太阳能热发电技术利用太阳能收集器将太阳辐射能转换为热能，通过热力循环将热能转换为电能。
其中，有机朗肯循环是一种较为常见的太阳能热发电系统之一，可以利用中、低温太阳能资源高效转换成电能。
有机朗肯循环基于有机工质在闭合环路中的循环运动，通过冷凝和蒸发两个过程实现能量转换。
在有机朗肯循环中，太阳能收集器用来加热有机工质，使其处于汽化状态，然后有机工质进入膨胀机，从而驱动发电机产生电能。
之后，有机工质流回冷凝器，被冷却并变成液态，最后流回再生器，通过加热再次变成汽态。
然而，有机朗肯循环在实际应用中受到很多限制，例如工质选择、热收集器结构、发电效率等方面都需要优化。
因此，对于该系统进行数值优化和实验研究具有重要的实际意义。
首先，根据有机工质的性质和系统的工业需求进行有机工质的选择。
经过分析，得出了一个以R245fa为工质，以钛管为热收集器的太阳能有机朗肯循环系统。
之后，通过数值模拟，优化了系统的设计和工艺参数，得到了不同太阳辐射强度下的最佳性能和最大输出功率。
实验结果表明，在最佳工况下，系统的总效率、太阳能热转换效率和发电效率分别为9.31%、47.2%和2.16%。
相比之前的实验研究，本系统的性能有了较大提升。
最后，通过实验对系统的性能进行了验证。
实验采用了不同太阳辐射强度下的太阳能有机朗肯循环系统进行测试，所得到的输出功率与数值模拟结果的误差较小，验证了数值模拟的准确性，并表明该系统在实际应用中具有很好的可操作性和可靠性。
500KW中低温地热能有机朗肯循环发电系统的设计毕业论文
河北工业大学毕业论文作者：王妍学号：110668学院：能源与环境工程系(专业)：热能与动力工程题目： 500KW中低温地热能有机朗肯循环发电系统的设计指导者：闵春华教授(姓名) (专业技术职务)评阅者：(姓名) (专业技术职务)2021 年 6 月 10 日目录1 绪论 (1)我国能源现状及地热能的开发利用 (1)1.2 地热发电系统及其特点 (3)1.3 地热发电循环的研究现状 (4)1.4 本文的研究内容和方法 (5)1.5 技术路线 (5)2 地热发电循环根本形式的介绍及工质的筛选 (6)2.1 单级有机朗肯循环〔ORC〕及其工质选择 (6)2.2 单级闪蒸〔Flash〕发电循环的热力学模型 (15)3 110℃地热水发电方案的设计 (18)3.1 工程地110℃地热发电系统的热力学建模 (18)3.1.1 两级闪蒸地热水发电系统的热力学分析 (18)3.1.2 两级有机朗肯循环地热发电系统的分析 (20)3.1.3 Flash-ORC联合地热发电系统的分析 (21)3.1.4 ORC-Flash联合地热发电系统的热力学分析 (23)3.2 工程地110℃地热发电系统的经济学模型 (23)3.2.1 单级ORC地热水发电系统的经济学模型 (23)3.2.2 单级闪蒸地热水发电系统的经济学分析 (25)4 地热发电方案的比照及优化 (27)4.1 热力计算条件及性能指标的选取 (27)4.2 单级地热发电方案的比照及优化 (28)4.3 两级地热发电方案的比照及优化 (31)5 地热设计方案的综合评价 (35)5.1 灰色关联分析方法 (35)5.2 结果及分析 (37)总结 (40)参考文献 (41)致谢 (43)1 绪论我国能源现状及地热能的开发利用能源是全球经济开展的根底，同样经济开展也影响着能源格局的变化。
2021年，全球能源格局的变化呈现以下特征：煤炭虽然仍是主要燃料，但是随着化石燃料大量消耗造成的环境问题日益突出、国际油价持续下调，世界各国开始注重新能源的开发和利用。
有机朗肯循环低温余热发电系统综述
有机朗肯循环低温余热发电系统综述1. 引言1.1 研究背景有机朗肯循环通过有机工质替代传统的水蒸气，利用低温余热驱动有机工质进行膨胀和压缩，从而产生电能。
这种方式不仅在低温、低品位余热利用上有独特优势，还能提高能源利用效率，减少二氧化碳排放，具有较高的经济和环境效益。
有机朗肯循环在工业废热利用、地热能利用、太阳能利用等方面都有广泛应用前景，是当前研究的热点之一。
本文将对有机朗肯循环低温余热发电系统进行全面综述，探讨其原理、构成、性能优势、应用案例和关键技术，为相关研究提供参考和借鉴。
1.2 研究目的研究目的是为了深入探讨有机朗肯循环低温余热发电系统在能源利用方面的潜力，分析其在工业生产中的应用效益，为推动可持续发展提供技术支持。
通过对有机朗肯循环原理、系统构成、性能优势、应用案例和关键技术的研究，旨在全面了解这一技术在提高能源利用效率、减少环境污染、降低能源消耗等方面的作用和影响，为未来的发展方向和趋势提供参考依据。
本研究还旨在探讨有机朗肯循环低温余热发电系统的技术优势和潜在问题，为进一步的研究和应用提供理论基础和实践指导，推动相关领域的发展和应用。
通过对这一领域的深入探讨和分析，为实现可持续能源利用和环境保护目标提供技术支持和政策建议。
2. 正文2.1 有机朗肯循环原理有机朗肯循环是一种利用有机工质进行发电的低温余热发电系统。
其原理基于朗肯循环，通过有机工质在低温下的汽化和冷凝过程来实现能量转化。
在有机朗肯循环中，有机工质通过膨胀阀进入膨胀腔，膨胀腔内的有机工质由于受热而膨胀，推动涡轮机转动，同时也推动发电机发电。
之后，有机工质流入冷凝器，被冷却后凝结成液体，再次循环利用。
有机朗肯循环原理简单明了，能够有效利用低温余热资源实现发电，对于提高能源利用效率具有重要意义。
有机朗肯循环的原理在许多领域都有应用，例如工业废热利用、地热能利用等。
通过对有机朗肯循环原理的深入研究和技术改进，可以进一步提高低温余热的利用效率，实现更加节能环保的发电方式。