內(nèi)回熱是簡單有效提高有機朗肯循環(huán)（ORC）效率的基本方法。由于循環(huán)過程的改變,使循環(huán)的熱力學規(guī)律發(fā)生了變化。以R245fa為工質(zhì),對回熱器的回熱過程和機理進行了深入分析,提出了基于對數(shù)傳熱溫差的內(nèi)回熱器性能計算方法,并利用熱力學分析方法,分析了過熱溫度、過冷溫度對內(nèi)回熱有機朗肯循環(huán)（IHORC）性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),內(nèi)回熱減少了循環(huán)的蒸發(fā)負荷和冷凝負荷,提高了循環(huán)效率。隨著過熱溫度的增加,循環(huán)效率和膨脹機輸出功均幾乎呈線性增加。根據(jù)循環(huán)過冷溫度大小,過冷分為一般過冷和深度過冷兩種情況:一般過冷時,隨著過冷溫度的增加,雖然回熱器的換熱量和換熱效率逐漸升高,但是,循環(huán)效率逐漸降低,蒸發(fā)負荷、冷凝負荷逐漸增加;深度過冷時,循環(huán)效率、回熱器換熱量、回熱器效率快速增加,蒸發(fā)負荷和冷凝負荷快速降低,回熱器能量回收作用開始突顯。一般過冷與深度過冷的臨界點是回熱器出口蒸氣干度,當干度小于1時進入深度過冷狀態(tài)。內(nèi)回熱過程的"回熱量"受限于乏氣工質(zhì)的放熱量,因此,內(nèi)回熱循環(huán)適用于蒸發(fā)冷凝溫差大、過熱和深度過冷工況。 

【文章來源】：化工進展. 2016,35(12)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

IHORC系統(tǒng)圖

芎芊獎愕厙蠼夤ぶ試諢?熱器出口的狀態(tài)參數(shù)，但是由于沒有考慮傳熱溫差，不能滿足所有的循環(huán)工況。因此，作者提出了一種根據(jù)回熱器對數(shù)傳熱溫差和能量守恒來計算工質(zhì)在回熱器出口狀態(tài)參數(shù)的方法�；責崞饕话銥槟媪鲹Q熱器，根據(jù)實驗統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，高低溫工質(zhì)在回熱器中的傳熱對數(shù)平均溫差在9℃左右。因此，為方便計算，假定高低溫工質(zhì)在回熱中的傳熱對數(shù)溫差為9℃，如式(8)。2'4a2a4'm2'4a2a4'9lnTTTTTTTTT℃(8)由式(8)和式(5)聯(lián)立，就能求得工質(zhì)在回熱器出口的狀態(tài)參數(shù)。計算程序框圖如圖3所示。在迭代計算中，有兩點要注意：一是首先要把T2'＝T4a虛根排除掉；二是在工質(zhì)的兩相區(qū)，不能通過溫度和壓力來求解其他狀態(tài)參數(shù)（兩相區(qū)溫度、壓力相等，與焓、熵等參數(shù)不能一一對應(yīng)），可以借助焓值或者熵來計算。通過求得工質(zhì)狀態(tài)參數(shù)后，定義回熱器的效率為實際換熱量與最大可能換熱量的比，如式(9)。4'4aIHIH_maxhhh(9)其中最大可能換熱量hIH_max為前文所述的極限傳熱溫差下高溫工質(zhì)的放熱量（h2a–h2’’）和低溫工質(zhì)吸熱量（h4’’–h4a）的較小值。圖3回熱器計算程序框圖（5）蒸發(fā)器工質(zhì)在蒸發(fā)器中等壓吸熱，吸熱量如式(10)。Eva14'Qm(hh)(10)（6）循環(huán)性能指標循環(huán)熱效率即第一定律效率如式(11)。tP2a14a3T_IHcycleEvaEvaWW(hh)(hh)QQ(11)熱力計算主要計算循環(huán)中各個狀態(tài)點參數(shù)和各個熱力過程中能量及功量的交換量。2計算結(jié)果及分析循環(huán)工質(zhì)物性采用REFPROP（NISTStandardReferenceDatabase23，V8.0）物性數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。自編MATLAB程序，調(diào)用相應(yīng)的熱物性數(shù)據(jù)，對IHORC進行循環(huán)計算。IHORC熱力計算的程序框圖如圖3所?

耍?蛘突?涑齬Φ謀浠?媛捎?基本ORC相同。由圖6可以看出，IHORC循環(huán)輸出凈功、蒸發(fā)器吸熱量、工質(zhì)泵消耗功均隨著蒸發(fā)溫度的增加而增加，與基本ORC規(guī)律相同。而冷凝器換熱量卻隨著蒸發(fā)溫度的升高而降低，與基本ORC規(guī)律相反。這是由于，回熱器降低了膨脹機乏氣進入冷凝器的溫度，減少了冷凝負荷。同時，蒸發(fā)器負荷增加率也沒有基本ORC高。所以，在不同蒸發(fā)溫度下，回熱器的加入提高了循環(huán)性能，減少了蒸發(fā)負荷和冷凝負荷。圖7為蒸發(fā)溫度對回熱器換熱量和換熱效率的影響。由圖可以看出，隨著蒸發(fā)溫度的升高，回熱圖4IHORC熱力計算程序框圖圖5蒸發(fā)溫度對基本ORC和IHORC性能影響圖6蒸發(fā)溫度對基本ORC和IHORC能量交換的影響器的換熱量和回熱器效率先逐漸增加達到一個峰值后逐漸降低。主要由于當蒸發(fā)溫度高到一定程度，R245fa的飽和氣體線越陡，膨脹機出口乏氣的放熱能力受到限制�；責崞鞣逯祿Q熱量約為15kW，回熱器效率為68%左右。所以，蒸發(fā)溫度對IHORC具有重要影響，適當提高蒸發(fā)溫度無論對循環(huán)效率還是回熱器效率都是有益的。2.2冷凝溫度對IHORC的影響固定熱源溫度為423K，不同冷凝溫度對IHORC性能的影響如圖8、圖9所示。由圖8可以看出，隨著冷凝溫度的增加，循環(huán)效率和膨脹機輸出功均降低。由圖9可以看出，循環(huán)輸出凈功、蒸發(fā)器吸熱量、冷凝器放熱量、工質(zhì)泵消耗功均隨著冷凝溫度的增加而降低，與基本ORC規(guī)律相同。但是回熱器的增加，使循環(huán)的效率得到整體提升，而且蒸發(fā)負荷和冷凝負荷也有所降低。圖10為冷凝溫度對回熱器換熱量和換熱效率的影響。由圖可以看出，隨著冷凝溫度的升高，回熱器的換熱量和回熱器效率逐漸降低，當冷凝溫度從300K增加到340K時，回熱器換熱量從16kW降圖7蒸發(fā)溫度對回熱器換熱性能的影響


本文編號：3372138