基于有机朗肯循环的低温余热发电系统设计与分析.pdf

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1、第34卷第4期2013年8月电力与能源321基于有机朗肯循环的低温余热发电系统设计与分析王正，崔超(沈阳工业大学电气工程学院，沈阳110870)摘要：设计了基于有机朗肯循环的低温余热发电系统，并对其进行详细的分析与研究。实验主要采用涡旋膨胀机与永磁同步发电机，工质采用R600a，实验分析了整个系统的运行特性和有机朗肯循环的性能，研究了永磁同步发电机转速、热源温度、工质泵频率对系统电能、质量流量、热电转换效率的影响，分析了影响有机朗肯循环系统的主要因素。通过数据分析得出低温余热发电系统的热机转换效率为7．2、最大输出电能为440W、发电机的最佳转速为2i50r／min。关键词：有机朗肯循

2、环；低温余热发电；R600a；涡旋膨胀机；热电转换效率中图分类号：TM914文献标志码：A文章编号：2095—1256(2O13)04—0321—04DesignandAnalysisonLow—temperatureWasteHeatPowerGenerationUsingOrganicRankineCycleWangZheng，CuiCha0(CollegeofElectricalEngineering，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，China)Abstract：Detailedanalysisandresearchon

3、thelow-temperaturewasteheatpowergenerationwerebasedontheorganicrankinecycle(ORC)．Theexperimentmainlyselectedscrollexpander，permanentmagnetsynchronousgenerator(PMSG)andR600a．TheexperimentanalysisedtheoperationofthewholeORCsystem．TheimpactofthePMSGspeed，wasteheattemperatureandrefrigerantpumpfreque

4、ncyontheoutputpower，massflowrate，thermo—electricconversionefficiencywerestudied．Thethermo—electricconversionefficiencyis7．2，themaxoutputpoweris440WandthebestPMSGspeediS2150r／min．Keywords：Organicrankinecycle(ORC)；Low—temperaturewasteheatpowergeneration；R600a；Scrollexpander；Thermo—electricconversi

5、onefficiency应指数值为2O，臭氧层波坏指数值为0的优点。0引言在实验中采用涡旋膨胀机可提高整个系统的工作随着各种能源的消耗量急剧上升，新能源、可性能。本文主要以涡旋膨胀机和永磁同步发电机再生能源和有效节能已成为全球性能源研究的核为研究对象，根据ORC模型选择合适的设备型心与热点。有机物朗肯循环(ORC)作为一种回号，并建立低温余热发电系统的实验循环模型，对收中低品位热能的发电技术，越来越受到重视l】]。实验数据进行采集和分析。与水蒸气朗肯循环相比，ORC在回收中低品位热1涡旋膨胀机能时具有工作压力适宜、膨胀机出口干度高、效率较高等优势[2]。低温余热有机朗肯循环发电系统1．

6、1涡旋膨胀机数学模型主要是利用60～150℃的低温热源，热电转换效涡旋膨胀机在膨胀过程中存在着工质泄漏，率一般较低，工作性能主要受热源温度、工质特采用以下方程描述其数学模型_5]：性、负载条件等因素的影响，因此提高低温余热发一d一一r—[lLK—一1rVIfn2—f--g“-)l电系统的工作效率显得十分重要[1。(1)R600a作为实验工质，具有环保性好，温室效322王正，等：基于有机朗肯循环的低温余热发电系统设计与分析～一¨r—∞[lL一K一1‘厂VI‘^一ef^)ll工质余热锅炉(2)当≥(南)一鲁当等<(南)一()南式中：K为膨胀过程系数；H为涡旋体高度；m，分别为径向和切向泄露

7、质量；fr，／’分别为径向和切向泄露的质量系数；C，C分别为轴向和径向间隙。1．2涡旋膨胀机性能分析涡旋膨胀机工作过程分析示意图如图1加压泵冷却介质入口冷却介质出EI所示图2低温余热发电原理图封排气内侧膨胀，外侧排气图1涡旋膨胀机的工作过程图3低温余热发电买验装置涡旋式膨胀机的工作过程可以分为3个阶段：有机工质在蒸发器中形成高温、高压蒸汽，在用正弦系列变频器调节，可实现0～50Hz任意调节。月牙形工作腔体内膨胀并且对外做功；膨胀状态2)冷凝器与