采用温差发电-有机朗肯循环联合系统的船舶余热利用实验研究

发布时间：2024-02-15 21:57

　　为了实现具有复杂特性的船舶多种余热的高效回收,提出了一种基于温差发电-有机朗肯循环(TEG-ORC)联合循环的船舶余热梯级利用系统。根据底循环对主机烟气的利用量,定义了TEG/ORC底循环比参数。通过实验研究,探索了在ORC蒸发压力为0.9MPa的工况下,系统输出功率、热效率、多级余热利用量和发电成本等重要性能参数随底循环比的变化规律,并对联合循环系统的性能及其影响规律进行了评估。实验设计了热管强化换热装置用以克服前期研究中发现的TEG底循环热端换热瓶颈。结果表明:3种底循环比(0.369、0.508、0.615)工况下的实验结果与模拟结果基本一致;TEG-ORC联合循环系统更好地利用了多种船舶余热及TEG底循环的冷却散热,提升了余热利用性能和输出功率,使其热效率高于各底循环且发电成本低于各底循环;在TEG/ORC底循环比为0.615时,联合系统输出功率为134.50 W,热效率为6.93%,发电成本为3.32元/(kW·h)。TEG-ORC联合循环可实现船舶多种烟气余热的梯级利用,提高余热利用量,并提升ORC底循环运行的稳定性和安全性。

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【部分图文】：

图1TEG-ORC联合循环系统的基本原理

TEG-ORC联合循环系统的基本原理如图1所示。根据Seeback效应原理，Wc与Wh可表示为

图2基于TEG-ORC联合循环的船舶余热梯级利用装置的系统原理图

在TEG底循环中，为了克服其底循环冷热端换热瓶颈，设计了热管作为强化换热手段。当主机烟气流过TEG底循环时，废热到达热管蒸发段，经管内工质相变传热后热量传递到冷凝段；冷凝段作为TEG装置的热端，实现主机烟气余热的第一次利用。在实现温差发电的同时，有机工质作为冷源又借助烟气余热实现....

图3TEG-ORC联合循环实验系统

图3为基于船舶余热梯级利用的TEG-ORC联合循环实验系统，由TEG单元、ORC发电单元、预热器单元、数据监测采集单元、控制单元5个部分组成。其中，TEG单元包括模拟烟气加热单元、冷却单元、负载电路、控制电路等；ORC发电单元包括蒸发器、小型涡旋膨胀机、冷凝器、工质泵、储液罐、控....

图4不同TEG/ORC底循环比工况下系统的余热利用功率

不同底循环比工况下系统的余热利用功率如图4所示。由图4可知，在3种Γ值工况下，ORC底循环中蒸发器的余热利用功率最大，这与ORC输出功率较高的实验结果相符；同时，其余热利用功率保持不变，这是因为考虑到在实际船舶余热利用中，缸套水余热和增压空气余热存量很大，所以在实验中，通过调整二....

本文编号：3900309