船舶烟气余热驱动有机朗肯循环的系统性能分析

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.018

化工进展 ›› 2016, Vol. 35 ›› Issue (12): 3858-3865.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2016.12.018

船舶烟气余热驱动有机朗肯循环的系统性能分析

朱轶林¹, 李惟毅¹, 孙冠中², 唐强³, 高静¹, 曹春辉¹

1 中低温热能高效利用教育部重点实验室(天津大学), 天津 300350;
2 区域能源系统优化教育部重点实验室(华北电力大学), 北京 102206;
3 低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室(重庆大学), 重庆 400030

收稿日期:2016-05-03 修回日期:2016-06-14 出版日期:2016-12-05 发布日期:2016-12-05
通讯作者: 李惟毅,教授,从事可再生能源利用与节能、传热与传质、能源与环境工程等方面的研究。E-mail:liwy@tju.edu.cn。
作者简介:朱轶林(1989-),男,博士研究生,研究方向为可再生能源利用与节能、燃烧与污染控制、能源与环境工程。
基金资助:
天津市科技计划（14ZCDGGX00788）及环保部公益项目（201509010）。

Performance analysis for waste heat recovery system of ship diesel engine based on organic Rankine cycle

ZHU Yilin¹, LI Weiyi¹, SUN Guanzhong², TANG Qiang³, GAO Jing¹, CAO Chunhui¹

1 Key Laboratory Low-grate Energy Utilization Technologies and Systems, Ministry of Education(Tianjin University), Tianjin 300350, China;
2 Key Laboratory of Regional Energy System Optimization, Ministry of Education(North China Electric Power University), Beijing 102206, China;
3 Key Laboratory of Low-grade Energy Utilization Technologies and Systems, Ministry of Education(Chongqing University), Chongqing 400030, China

Received:2016-05-03 Revised:2016-06-14 Online:2016-12-05 Published:2016-12-05

摘要/Abstract

摘要： 利用设计的有机朗肯循环系统回收船舶柴油机的排气能量，考虑冷却水循环，分析了蒸发温度、膨胀比对系统性能的影响。定义经济性函数为系统所需总换热面积和净输出功的比值，而综合评价函数为经济性目标函数和（火用）效率的加权和，以不同的优化目标函数，确定了适用于有机朗肯循环系统的最佳冷凝温度。研究结果表明，在一定膨胀比下，热效率随着蒸发温度的升高先增大再减小，存在最佳蒸发温度；优化目标函数不同，系统存在不同的最佳冷凝温度，以综合评价函数为优化目标，可确定较优的最佳冷凝温度；以R245fa为工质时，最佳蒸发温度为390K，最佳冷凝温度为316K，膨胀比为6.6，热效率可以达到12%；工质的选择对系统性能有很大影响，不同评价指标下系统的性能分析也不同。

关键词: 有机朗肯循环, 余热回收, 经济性能, 效率, 参数优化

Abstract: An organic Rankine cycle(ORC)was designed to recover the exhaust energy from the ship diesel engine. Considering the cooling water circulation,the effects of evaporation temperature and expansion ratio on the system performance were analyzed. The economic objective function is defined as the ratio of heat exchanger area required to the system net power output. The comprehensive evaluation function is the weighted sum of the economic objective function and exergy efficiency. The optimum condensation temperature is determined by taking different optimization objectives. The results showed that the thermal efficiency increased first with the rise of evaporation temperature and then decreased. There is the optimal evaporation temperature under a constant expansion ratio. The system has different optimal condensation temperatures with different optimization objectives. It is better to determined the optimal condensation temperature using the comprehensive evaluation function as the optimization objective. The optimal evaporation temperature of the ORC system with R245fa as working fluid is 390K and the optimum condensation temperature is 316K. Besides,the expansion ratio of the system is 6.6 and the thermal efficiency can reach 12%. It was also found that the choice of working fluids had a great effect on the system performance.

Key words: organic Rankine cycle, waste heat recovery, economic performance, efficiency, parameter optimization

中图分类号:

TK12

朱轶林, 李惟毅, 孙冠中, 唐强, 高静, 曹春辉. 船舶烟气余热驱动有机朗肯循环的系统性能分析[J]. 化工进展, 2016, 35(12): 3858-3865.

ZHU Yilin, LI Weiyi, SUN Guanzhong, TANG Qiang, GAO Jing, CAO Chunhui. Performance analysis for waste heat recovery system of ship diesel engine based on organic Rankine cycle[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2016, 35(12): 3858-3865.

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Performance analysis for waste heat recovery system of ship diesel engine based on organic Rankine cycle

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