有机朗肯循环系统的传递分析

2013-08-11张明智

电力科学与工程 2013年2期

张明智，刘辉

(华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定 071003)

0 引言

有机朗肯循环是一种用有机工质回收低温热源，并产生电能的新型环保技术，可回收不同温度范围内的低温热能[1]。很多专家学者对有机朗肯循环系统进行了传统的能量平衡分析和分析，但是这两种方法都不能描述系统的动态特性。本文采用传递理论，以R245fa为工质，针对100℃左右的热源，在给定工况下的有机朗肯循环系统进行了分析，得出了有机朗肯循环系统工作过程中的动态特性，为优化系统结构提供了新的依据。

1 ORC系统传递模型及评价

图1ORC系统传递模型Fig.1 ORC system exergy transfer model

式中:qxs为源的热流密度，W/m2;θ为余热源的平均温度;T0为环境温度，K;

式中:qxc为穴侧有机工质的热流密度，W/m2;T为有机工质在受热面进出口的平均温度，K;h，s分别为工质的焓和熵kJ/kg，kJ/(kg·k)。

式中:exs为源侧的流密度;exc为穴侧的流密度，kJ/(h·m2)。

对于恒壁温工况下，传热温差ΔT按对数平均温差计算[4]:

式中:Tfi，Tfo分别为流体进出口截面上的平均温度。

式中:Exτi为某种流;Xej为产生 Exτi的所有各种势场力中的j种势场力;Lej为由第j种势场力所产生的第i种流的唯象系数。在膨胀机内主导势场为压力场，因此可得膨胀机内的传递系数为

2 ORC系统传递分析与分析

以R245fa为工质回收利用100℃左右的低品位热源进行发电，结合实际情况选取如下操作参数作为计算工况:膨胀机入口温度t1=70℃，入口压力p1=0.5 MPa;膨胀机出口压力p2=0.15 MPa;冷却水的入口温度为20℃，出口温度25℃;膨胀机的等熵效率ηs=0.7。计算得到各工况点的状态参数，如表1所示[6]。循环系统计算数据表如表2所示。