Wpływ właściwości czynnika roboczego na pracę organicznego obiegu Rankine'a

• Autorzy: Kajurek J. , Grzebielec A. , Bujalski W. , Futyma K. , Szczęśniak A. , Rudowicz Z.

Warianty tytułu

EN

Influence of working fluid properties on performance of organic Rankine cycle

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca podejmuje tematykę związaną z układami ORC. Analizuje wpływ właściwości czynnika organicznego na pracę instalacji doświadczalnej o mocy elektrycznej równej 1 kW, zasilanej ciepłem niskotemperaturowym, działającej w oparciu o organiczny obieg Rankine'a (ORC), która w porównaniu do powszechnie znanych instalacji, odznacza się jedną, zasadniczą różnicą: procesem rozprężania. Urządzenie rozprężające, stosowane w tradycyjnych systemach ORC, zastąpione jest przez dwa, połączone ze sobą zbiorniki, pomiędzy którymi umieszczona jest pompa. Podstawowe parametry pracy instalacji w warunkach znamionowych określono dla dziesięciu wybranych czynników chłodniczych: R134a, R152a, R227ea, R236fa, R245fa, R290, R600a, R717, R1234yf, R1234ze(E). Analogiczne obliczenia przeprowadzono również dla układu ORC pracującego w takich samych warunkach i zapewniającego taką samą moc.

EN

The thesis analyze the influence of the organic fluids properties on the performance of the experimental installation with electric power 1kW driven by the waste heat and working based on the organic Rankine cycle. Compared to commonly used ORC system the examined installation is characterized by one essential difference: expansion process. The expansion machine, used in typical ORC structure, is replaced by two connected tanks, between which the turbine is installed. The basic operation parameters in nominal conditions were determined for ten selected working fluids: R134a, R152a, R227ea, R236fa, R245fa, R290, R600a, R717, R1234yf, R1234ze(E). Analogical calculations were also done for conventional ORC system working with the same parameters and providing the same electric power.

Słowa kluczowe

PL

ORC; ciepło niskotemperaturowe; ciepło odpadowe; czynniki robocze; czynniki organiczne; czynniki chłodnicze

EN

ORC; low-temperature heat; waste heat; working fluids; organic fluids

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 2
• Strony: 68--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 42 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kajurek J.

• doktorant w Instytucie Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej

autor

Grzebielec A.

• Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej

autor

Bujalski W.

• Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej

autor

Futyma K.

• Instytut Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej

autor

Szczęśniak A.

• doktorant w Instytucie Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej

autor

Rudowicz Z.

• Mestil Sp. z.o.o.

Bibliografia

• [1] Bao J., Zhao L.: A review of working fluid and expander selections for organic Rankine cycle, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 24/2013, 325-342.
• [2] Bohdal T., Charun H., Czapp M.: Urządzenia chłodnicze sprężarkowe parowe - podstawy teoretyczne i obliczenia, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2003.
• [3] Bonca Z., Butrymowicz D., Hajduk T., Targański W.: Nowe czynniki chłodnicze i nośniki ciepła - właściwości cieplne, chemiczne i eksploatacyjne, IPPU Masta, Gdańsk, 2004
• [4] Brown J. S., Brignoli R., Quine T.: Parametric investigation of working fluids for Organic Rankine cycle applications, Applied Thermal Engineering, 90/2015, 64-74
• [5] Butrymowicz D., Baj P., Śmierciew K.: Technika chłodnicza, PWN, Warszawa, 2014
• [6] Çengel Y. A., Ghajar A. J.: Heat and Mass Transfer: Fundamentals and Applications, Fourth Edition, McGraw-Hill, 2011
• [7] Çengel Y. A., Boles M. A.: Thermodynamics: An Engineering Approach, Fifth Edition, McGraw-Hill, 2006
• [8] Chacartegui R., Sánchez D., J.M. Muñoz, Sánchez T.: Alternative ORC bottoming cycles FOR combined cycle power plants, Applied Energy 86/2009, 2162-2170.
• [9] Chaczykowski M., Papierowska E.: Wykorzystanie technologii ORC w celu wytwarzania energii ze źródeł odnawialnych, Przegląd Naukowy - Inżynieria i Kształtowanie Środowiska nr 61, 2013: 336-347.
• [10] Chen H., Goswami D. Y., Stefanakos E. K.: A review of thermodynamic cycles and working fluids for the conversion of low-grade heat, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 24/2010, 3059-3067.
• [11] Chys M., van den Broek M., Vanslambrouck B., De Paepe M.: Potential of zeotropic mixtures as working fluids in organic Rankine cycles, Energy 44/2012, 623-632.
• [12] Cyklis P., Janisz K., An innovate ecological hybrid refrigeration cycle for high power refrigeration facility, Chemical and Process Engineering, 2015, 33(3), 321-330, DOI: 10.1515/cpe-2015-0022
• [13] Grajek H., Farczak Ł., Wawer T., Jabłoński P., Purchała M., The characteristic of the adsorption and energetic properties of the oxidised and reduced graphene, Aparatura Badawcza i Dydaktyczna, 2015, 20(3), 214-223
• [14] Grzebielec A., Pluta Z., Ruciński A., Rusowicz A.: Czynniki chłodnicze i nośniki energii, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 2011
• [15] Grzebielec A., Rusowicz A.: Aspekty prawne i techniczne zamiany czynników chłodniczych w instalacjach chłodniczych i klimatyzacyjnych, Czasopismo inżynierii lądowej, środowiska i architektury, 1/2015, 359-367
• [16] Grzebielec A., Rusowicz A., Ruciński A., Use of the methanol-activated carbon sorption set in a refrigeration unit, Przemysł Chemiczny, 2015, 94, 952-955, (in polish), DOI: 10.15199/62.2015.6.18.
• [17] Hærving J., Sørensen K., Condra T. J.: Guidelines for optimal selection of working fluid for an organic Rankine cycle in relation to waste heat recovery, Energy 96/2016, 592-602
• [18] He C., Liu C., Zhou M., Xie H., Xu X., Wu S.: A new selection principle of working fluids for subcritical organic Rankine cycle coupling with different heat sources, Energy 68/2014, 283-291
• [19] Heberle F., Preißinger M., Brüggemann D.: Zeotropic mixtures as working fluids in Organic Rankine Cycles for low-enthalpy geothermal resources, Renewable Energy, 37/2012, 364-370.
• [20] Ho T., Mao S. S., Greif R.: Comparison of the Organic Flash Cycle (OFC) to other advanced vapour cycles for intermediate and high temperature waste heat reclamation and solar thermal energy, Energy 42/2012, 213-223
• [21] Hung T. C.: Waste heat recovery of organic Rankine cycle using dry fluids, Energy Conversion and Management, 42/2001, 539-553.
• [22] Hung T. C., Shai T. Y., Wang S. K.: A review of organic Rankine cycles (ORCs) for the recovery of low-grade waste heat, Energy, 7/1997, 661-667.
• [23] Hung T. C., Wang S. K., Kuo C. H., Pei B. S., Tsai K. F.: A study of organic working fluids on system efficiency of an ORC using low-grade energy sources, Energy, 35/2010, 1403-1411
• [24] Kotowicz J., Jurczyk M., Węcel D., Ogulewicz W.: Analysis of Hydrogen Production in Alkaline Electrolyzers. Journal of Power Technologies 96 (3) (2016) 149-156.
• [25] Lakew A. A., Bolland O.: Working fluids for low-temperature heat source, Applied Thermal Engineering, 30/2010, 1262-1268.
• [26] Lecompte S., Huisseune H., Van den Broeck M., Vanslambrouck B., De Paepe M.: Review of organic Rankine cycle (ORC) architectures for waste heat recovery, Renewable and Sustainable Energy Reviews 47/2015, 448-461.
• [27] Li Y. R., Du M. T., Wu C. M., Wu S. Y. Liu C.: Potential of Organic Rankine cycle using zeotropic mixtures as working fluids for waste heat recovery, Energy 77/2014, 509-519
• [28] Liu B. T., Chien K. H., Wang C. C.: Effect of working fluids on organic Rankine cycle for waste heat recovery, Energy 2009/2004, 1207-1217
• [29] Liu Q., Duan Y., Yang Z.: Effect of condensation temperature glide on the performance of organic Rankine cycles with zeotropic mixture working fluids, Applied Energy, 115/2014, 394-404.
• [30] Maizza V., Maizza A.: Unconventional working fluids in organic Rankine-cycles for waste energy recovery systems, Applied Thermal Engineering, 21/2001, 381-390.
• [31] Maizza V., Maizza A.: Working fluids in non-steady flows for waste energy recovery systems, Applied Thermal Engineering, 7/1995, 579-590
• [32] Mikielewicz A. Mikielewicz J.: A thermodynamic criterion for selection of working fluid for subcritical and supercritical domestic micro CHP, Applied Thermal Engineering, 30/2010, 2357-2362.
• [33] Quoilin S., Van Ben Broek M., Declaye S., Dewallef P., Lemort V.: Techno-economic survey of Organic Rankine Cycle (ORC) systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 22/2013, 168-186
• [34] Roy J. P., Mishra M. K., Misra A.: Parametric optimization and performance analysis of a waste heat recovery system using Organic Rankine Cycle, Energy, 35/2010, 5049-5062
• [35] Ruciński A., Rusowicz A., Rucińska K.: Spectral identification of gas and solid wastes from rubber processing. Przemysł Chemiczny 95(2016): 1325-1329, DOI: 10.15199/62.2016.7.9
• [36] Saleh B., Koglbauer G., Wendland M., Fischer J.: Working fluids for low-temperature organic Rankine cycles, Energy, 32/2007, 1210-1221
• [37] Shokati N., Ranjbar F., Yari M.: Comparative and parametric study of double flash and single flash/OC combined cycles based on exergoeconomic criteria, Applied Thermal Engineering, 91/2015, 479-495.
• [38] Tchanche B. F., Lambrions G., Frangoudakis A., Papadakis G.: Low-grade heat conversion into power using organic Rankine cycles - A review of various applications, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 15/2011, 3963-3973.
• [39] Vélez F., Segovia J. J., Martin M. C., Antolin G., Chejne F., Quijano A.: A technical, economical and market review of organic Rankine cycles for the conversion of low-grade heat for power generation, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 16/2012, 4175-4189.
• [40] Wang Z. Q., Zhou N. J., Wang X. Y.: Fluid selection and parametric optimization of organic Rankine cycle using low temperature waste heat, Energy, 40/2012, 107-115.
• [41] Zhai H., An Q., Shi L., Lemort V., Quoilin S.: Categorization and analysis of heat sources for organic Rankine cycle systems, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 64/2016, 790-805
• [42] Zhao L., Bao J.: Thermodynamic analysis of organic Rankine cycle using zeotropic mixtures, Applied Energy 130/2014, 748-756.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).