超临界CO2-有机朗肯联合循环槽式太阳能集热器的能量和火用分析

工程科学与技术，国际期刊21（2018）451完整文章超临界CO2-有机朗肯联合循环槽式太阳能集热器HarwinderSingh，R.S.米什拉印度新德里Bawana路Shahbad Daulatpur德里理工大学机械、生产阿提奇莱因福奥文章历史记录：2017年11月15日收到2018年3月10日修订2018年3月26日接受2018年4月3日在线发布关键词：超临界CO2循环有机朗肯循环热力学性能SPTC有机流体A B S T R A C T本文对槽式太阳能集热器驱动的联合发电系统进行了详细的能量和火用分析。将超临界CO2循环与有机朗肯循环（ORC）和SPTC联合起来进行发电，其中 CO2循环和ORC被安排为一个顶底循环。选择了R134a、R1234yf、R407c、R1234ze和R245fa等五种有机工质用于低温底ORC。五个关键参数，如火用效率，火用破坏率，燃料消耗率，不可逆比，和改进潜力也进行了检查。结果表明，随着直接法向辐照度的增加，各联合循环的（火用）效率和热效率均有所提高，0.5 kW/m2至0.95 kW/m2。可以看出，R407 c联合循环具有最大的（火用）效率以及热效率，在0.95kW/m2时分别为78.07%和43.49%。或者，R134a和R245fa联合循环产生不太有希望的结果，其性能的边际差异。研究表明，SCO2透平和蒸发器存在一定的火用损失，分别占进口火用损失的9.72%和8.54%，占R407 c联合循环总火用损失的38.10%。此外，太阳能集热器场对火用的破坏最大，超过太阳能入口火用的25%，约占总破坏火用的54%最后，本研究得出结论，R407c联合循环具有最小的燃料消耗率为0.2583的太阳能集热器，并具有最高的功率输出3740千瓦。©2018 Karabuk University. Elsevier B.V.的出版服务。这是CCBY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍超临界CO2循环可以有效地利用各种热源，包括煤电、太阳能热发电、高温燃料电池废热、地热能和天然气[1]。太阳能的利用已成为关键，在不久的将来应大大加强。因此，提高太阳能热发电系统的性能已成为当务之急.此外，在所有其他选择中，太阳能抛物面槽式收集器（SPTC）技术被认为是用于发电的最常用的太阳能热发电技术。 因此，在分析时，应将SPTC系统作为有效热源.目前，考虑将SCO2循环和有机朗肯循环与各种可再生热源集成用于发电目的，例如[2ChengZhou[2]介绍了太阳能和地热能混合能源在超临界ORC与不同的亚临界混合装置，*通讯作者。电子邮件地址：harrymehrok14@gmail.com（H.Singh）。由Karabuk大学负责进行同行审查独立太阳能和地热发电厂。最后，他得出结论，使用超临界ORC的混合电厂的性能超过了使用亚临界ORC的混合电厂，在利用相同能源的情况下，其发电量比使用亚临界ORC的混合电厂多4Jing Li等人[3]通过在具有直接蒸汽发生（DVG）的新型太阳能ORC系统中使用17种干等熵工质来他们发现，随着流体临界温度的升高，收集器效率不断降低，组合ORC和DVG系统的效率提高。他们进一步研究发现，R123在所有其他工作流体中表现出最高的整体性能。Al-Sulaiman[4]对SPTC集成的蒸汽和ORC联合动力系统进行了火用分析，他发现R134 a的火用效率最高，为26%，在其他制冷剂中最高，其次是R152 a。Niu等人[5]对基于超临界CO2的太阳能朗肯循环系统的太阳能集热器进行了优化布置，并提出了三种不同的集热器布置方式，即：仅串联、并联和级联五个单元，每五个单元串联。最后，他们的结果发现，级联布置的太阳能收集器产生大量的电功率。Cardemil等人[6]进行了热力学研究https://doi.org/10.1016/j.jestch.2018.03.0152215-0986/©2018 Karabuk University.出版社：Elsevier B.V.这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程科学与技术国际期刊杂志主页：www.elsevier.com/locate/jestch452H. Singh，R.S.Mishra/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）451命名法AAAaAco CpColsColpDco，oDExExinlE_xdFFRGBH美国煤炭公司美国石油公司孔径面积，m2吸收器管面积，吸收器盖面积m2，比热m2，[kJ/kg-K]每排串联太阳能集热器总数平行排太阳能集热器总数盖板外径，m直径，m火用，kW入口火用，kW（火用）破坏率，集热器效率系数，集热器排热系数，直接法向辐照度，比焓，kJ/kg吸热器与玻璃罩之间的热损失系数，[kW/m2 K]环境和盖之间的对流热损失系数，[kW/m2 K]周围环境和覆盖物之间的辐射热损失系数，[kW/m2 K]吸收体与玻璃罩之间的辐射热损失系数，[kW/m2 K]换热器改进潜力空气导热系数，[W/m-K]入射角修正值集热器长度，m通过吸收管的质量流量，kg/s努塞尔数有机朗肯循环热耗，kW总入口热量，kJ单位时间内的有效热增益，kW比熵，[kJ/kg-K]吸收管吸收热通量，W/m2，超临界CO2跨临界CO2温度，K慈佑律UoV_WwYDEPY/太阳温度，K太阳能集热器在环境和吸收器之间的总热损失系数，[kW/m2 K]总热损失系数，[kW/m2 K]体积流量，m3/s集热器宽度，单位输出功，kJ/kg燃料消耗比，不可逆比希腊字母Qracsgeeearu反射镜玻璃罩吸收体发射度Stefan–Boltzmann constant, [kW/m辅酶AHXIMPK 空气KmLm_aNuORCQ_QinlQ_uSsSCO2tCO2T下标aaoaiamavgfcoeex伊内斯岛0Qu吸收器吸收器出口吸收器入口环境平均值有机工质盖出口单位质量流率火用，kJ/kg电进口瞬时外径状态Q下的环境条件属性值有用基于CO2的动力循环（即，Rankine或Brayton）与四种不同的工作流体（如乙烷、甲苯、D4硅氧烷和水）进行了比较，以进行相对性能评估。最后，研究表明，基于CO2的动力循环的第一定律效率可能低于其他流体，而CO2的（火用）效率可能高于其他流体。Garga等人[7]进行了跨临界冷凝CO2循环（即，高温高压）和跨临界蒸汽循环。他们发现温度变化不影响跨临界CO2循环的性能，并且与串联两个传热流体（HTF）回路的跨临界蒸汽循环相比，它只需要单个HTF回路Osorio等人[8]进行了一项研究，分析了SCO2动力循环的动态特性，该动力循环集成了聚光太阳能发电系统（即中央接收器）、冷热能量储存、热交换装置、同流换热器和多级压缩-膨胀子系统，以及作为压缩机和涡轮机之间整体部件的中间冷却器和再热器。他们的结果表明，该工艺的效率和最大功率输出为21%，1.6 MW分别。最后，他们得出结论，由于蓄热应用，优化后的SCO2循环此外，很少有研究人员考虑将SPTC与ORC集成用于各种应用，如废热回收和热电联产过程。纳瓦尔尼和沙拉夫[9]进行了一项分析，以抛物槽式集热器为热源，产生机械能驱动反渗透海水淡化系统的ORC的有效能和成本评估。Delgado-Torres和García-Rodríguez[10，11，12]对ORC与抛物槽集热器和海水RO装置进行了详细的热分析，以检查用于通过RO工艺生产水的ORC系统[10]，在另一项研究中，他们进行了与低温太阳能集热器驱动的海水和微咸水RO脱盐的初步设计相关的各种研究。发现通过在太阳能热驱动的RO系统中使用R245fa，太阳能脱盐系统的生产率可以增加到最大值（即低于2%）[11]，此外，他们还进行了一项研究，以检查不同工作流体（如丁烷，异丁烯，R245ca，和R245fa 在 SPTC 系 统 的 孔 径 面 积 上 用 于 水 淡 化 和 发 电 [12] 。 Al-Sulaiman等人[13]进行了一项研究，以评估一种新型系统的性能，该系统集成了SPTC和ORC，用于联合制冷、供热和供电（CCHP）。他们利用ORC的部分废热进行冷却以及加热热电联产，H. Singh，R.S.Mishra/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）451453M-K并检查了不同的输出参数。最后，他的研究表明，对于太阳能模式（即没有能量存储），电效率从15%显著提高到94%。高等人[14]对太阳能ORC进行了性能研究，发现当系统位于临界温度极限以上时，效率随 着 涡 轮 机 入 口 温 度 和 压 力 的 增 加 而 增 加 。 Wang 和 Dai[15] 对SCO2/tCO2和SCO2/ORC两种构型进行了火用经济分析和比较，发现在较低压缩比下，SCO2/tCO2循环性能优于SCO2/ ORC。此外，还发现与SCO2/tCO2循环相比，SCO2/ORC循环的总产品单位成本值略低。Singh和Mishra[16]对SPTC集成超临界ORC进行了性能分析，发现R600 a具有最大值（火用效率），在0.95 kW/m2的直接太阳辐射下约为96.09%。最后，他们的研究表明，在SPTC系统的情况下，改进潜力、燃料消耗比和不可逆比分别为11859 kW、0.579和0.9296。Ferrara等人[17]对与ORC集成的聚光太阳能发电系统进行了热力学分析，并从其优化结果中发现，与R134a和R245fa相比，丙酮是ORC系统的最佳选择。Calise等人[18]分析了基于真空平板集热器和ORC的系统在不同气候条件下的性能。结果表明，ORC的效率在一年中始终保持在 10% 左右 ，而 太阳 能集 热器 的效 率夏 季高 （ >50% ）， 冬季 低（20%）。Rayegan和Tao[19]开发了一种程序来比较各种流体的能力，例如用于太阳能朗肯循环的制冷剂和非制冷剂。他们发现，制冷剂（R-245 fa和R-245 ca）、高性能非制冷剂（丙酮和苯）和中等性能非制冷剂（丁烷、异戊烷、反式丁烯和顺式丁烯）可以在中等温度水平下有效地用于太阳能ORC。最后，他们的结果表明，随着收集器效率从70%增加到100%，不可逆性降低的极限和火用效率的提高分别约为35%和5%。Hettiarachchi等人[20]进行了低成本的优化研究，温度地热发电厂与ORC集成，并发现氨利用了最大量的地热水。还观察到，与HCFC 123、正戊烷和PF 5050相比，根据效率与目标函数的比率，Gimelli等人[21]对ORC系统进行了多目标优化，以优化效率和总热交换器面积，并在遗传算法的帮助下获得了一组最优解最后给出了电效率（14.1%~ 18.9%）和传热面积（446-1079 m2）范围内的Pareto最优解的特征除ORC外，SCO2动力循环可用于废气/废热回收过程。诸如Echogen-power systems LLC（Ohio，USA）和General Electric（New York，USA）的公司已经获得了与本申请相关的专利[22，23]。从文献中可以清楚地了解到，目前还没有对与SPTC集成的SCO2-ORC联合循环进行能量和火用分析。在文献中，对蒸汽朗肯循环和ORC的组合进行了火用分析[4]。 本文重点关注SCO2和ORC的组合，因为SCO2循环能够取代蒸汽朗肯循环，这是由于某些原因，例如在相同温度下发现SCO2比蒸汽腐蚀性小，可以有效地提高汽轮机的入口温度[1]。此外，与蒸汽朗肯循环相比，SCO2循环的循环压力比更小，汽轮机出口温度更高，这导致热效率增加[1]。因此，该骗局-本研究提出的组合结构概念是新颖的，其目的是寻找与SPTC装置集成的SCO2和ORC组合动力系统的能量和火用性能。在此基础上，还对火用破坏率、改进潜力、燃料消耗率和不可逆率等火用性能参数进行了研究。2. 系统描述本研究考虑了一个与太阳能抛物槽集热器集成的组合系统，如图所示。1.一、在该方案中，SCO2循环为顶循环，ORC循环为底循环，直接与SCO2循环配套，以实现余热利用联合循环的温熵图如图2所示。在临界条件下（即30.98 °C和7.38 MPa），CO2作为工作流体用于拔顶循环，并且在临界点附近变得不可压缩[1]。在文献中，SCO2密度已被Wright等人与水密度进行了[49]并发现压缩机入口处CO2的密度为水密度的60%，可有效降低压缩机所需的压缩功率[50]。 图 3显示了在不同压力和温度条件下CO2的密度变化，并且在临界点附近可以注意到非常高的密度，因此与其他流体相比，压缩功大大降低[50]。除密度外，发现CO2的热导率在临界条件下也有最大值，约为305 K时为148.95mW[50]。此外，CO2的比热随压力和温度的变化而发生根本性的变化，如图1所示。 四、如图所示，流体的温差随着回热器的波动而大幅波动，这直接影响回热器关于节点位置的设计[50]。此外，联合循环也具有优于简单配置的优点，因为它可以降低系统设计的复杂性，这是由于在大气压力下冷凝而不是在简单配置中的真空压力下冷凝[4]。多个太阳能集热器（即SPTC场）被认为是联合循环的热源。SPTC场由50个模块组成，每个模块串联布置在每个集热器行中，每个模块的长度为12.27 m[4，13，24]，可以采用高效的单轴跟踪系统来跟踪太阳运动，以最大限度地提高效率。此外，太阳能回路可以配备热存储设施，以避免太阳落山或被云阻挡的情况，但是该设施还包括诸如操作、存储介质、管道、容器和绝缘材料的某些类型的成本，这导致整个工厂的操作成本增加表1列出了与为太阳能收集器选择的几何参数相关的数据，表2列出了流过收集器的工作流体的热性质。在文献综述的基础上，选择了几种制冷剂对于特定的热源条件，选择五种制冷剂：R134a、R407C、R1234yf、R1234ze和R245fa，如表3所列。这些制冷剂非常适用于作为底循环的联合循环中的低温ORC，流体选择过程取决于热力学和传热特性、安全数据、环境以及经济方面[55]。Syltherm 800被选为太阳能集热器的传热流体（HTF ），因为它的最高工作温度范围为420 °C [25]，并且它是最适合这种应用的其他类型的工作流体。此外，它在SPTC领域的质量流量为0.575 kg/s，工作压力为100 bar改进型LS-3（Luz第三代槽式集热器）是从太阳能发电系统（SEGS）中选出的最新SPTC设计，集热器排出口温度为454H. Singh，R.S.Mishra/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）451Fig. 1.与SCO2循环和ORC集成的太阳能抛物面槽式集热器示意图。图二.联合循环（SCO 2 -ORC）的温度熵（T-S）图。图三.不同压力和温度下CO2密度的变化[27，50]。H. Singh，R.S.Mishra/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）451455AA见图4。不同压力和温度下CO2比热的变化[27，50]。表1适用于系统的输入数据。太阳能抛物面集热器[4，26]集热器排长500 m收集器类型Modified LS-3收集器宽度5.76 m集热器长度（单根）12.27 m吸收管内径0.05 m吸收管外径0.07 m盖内径0.115 m盖外径0.121 m盖的发射率0.86吸收管发射率0.15镜面反射率0.94截距因子0.93玻璃罩透光率0.96吸收管吸光度0.96遮光损失0.97结构损失0.95浓缩比82：1直接照射强度0.5入射角修改器1系列收集器数量（列）50[13]号平行集电极行（Colp）7[13]行方向南北反射镜光学效率73.27%最大出口压力100 bar最高出口温度673 K环境条件环境温度298.15 K环境压力101.3 kPa联合循环配置SCO2涡轮效率90%[27，52]压缩机效率89%[27，48]有机泵效率85%[27，52]有机涡轮效率87%[27，52]SCO2的质量流量10 kg/s夹点温度5 °C[27，52]SCO2循环高压25 MPa[27，48，52]基线ORC涡轮机入口压力3 MPaORC的质量流量2 kg/s回热器效率95%[27，52]热交换器效率92%400 °C（即673 K）[26]。选择LS-3收集器的原因是它具有比LS-2更大的孔径，这导致在LS-2场的情况下需要多15%此外，与LS-2收集器相比，LS-3每平方米的反射镜成本更低[54]。表2Syltherm 800在650 K时的热性能[28]。热性能数值比热容（cp）2218.26 [J/kg K]密度（q）577.70kg/m3导热系数（k）0.067833 [W/m K]粘度（l）0.000284 Pa-s在联合循环中，处于高压和高温的SCO2在涡轮机（过程5至6）中膨胀至低温和低压，然后进入回热器（过程6至7），在回热器中，SCO 2从热流中提取热能，并利用这部分能量预热冷流。在回收之后，该流进入热交换器（工艺7至8），其中该流向ORC提供足够的能量输入。此外，在冷却器单元中进行蒸汽冷却（过程8至9），然后进入由涡轮驱动的压缩机单元（过程9至10），在压缩机单元中，蒸汽压力和温度再次升高。然后，流经同流换热器的蒸汽到达蒸发器单元（工艺4至5），在此SCO2蒸汽从流经SPTC系统的syltherm 800流体中提取热量。最后，它再次进入涡轮机并完成循环。 此外，联合循环发电可以通过发电机的帮助，因为它的转子直接连接到涡轮机轴，如图所示。1.一、3. 数学建模本节讨论了热电联产系统的建模问题对大型太阳能抛物槽式集热器（SPTC）进行了数学建模，并对SCO2和ORC组合系统进行了建模利用从以前的研究[4，29，30]中导出的方程并通过计算数值技术求解，对SPTC系统进行了（火用）分析，即：工程方程求解器（EES）软件。Dudley等人[31]的实验工作和Al-Sulaiman[4]的理论研究验证了这些方程的结果。除此之外，假设系统中的压降被忽略，泵和涡轮机除外;系统处于稳态，这意味着即使在改造后系统也应处于不变状态;对于所有有机流体，泵和涡轮机效率始终恒定，如表1所述3.1. 基于SPTC的联合循环模型在本节中，讨论了基于SPTC的联合循环的建模。在文献中，Al-Sulaiman[4]对带接收管的抛物槽式集热器进行了建模，并对联合循环的（火用）破坏率、（火用）效率、（火用）燃料消耗率、不可逆率和改进潜力进行了评估。太阳能集热器每单位时间收集的有用能量定义为：Q_u<$m_a·Cpa·Tao-Tai1其中Cp是比热，m_a是在吸收管中流动的液体的质量流率下标ao和ai是指吸收器出口和吸收器入口。此外，有用的热增益也可以由下式给出的另一个公式来计算：Q_u¼AA·FR·。S-AaULTai-T02456H. Singh，R.S.Mishra/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）451.ΣAa;¼1美元a;Da;i表3用于ORC的选定工作流体的物理、环境特性和安全数据改编自[38，39，40，44]。工作物质物理性质数据安全组环境性质摄氏度）aW =湿; D =干; I =等熵。bTb =正常沸腾温度。cTc =临界温度。dPc =临界压力。eODP =相对于R11的臭氧消耗潜能值。fGWP =相对于CO2的全球变暖潜力。式中FR为集热器散热系数，AA为孔面积，S为吸收管吸收的热通量，T0为大气温度，UL为总热损失系数。吸热器与玻璃罩之间的热损失系数定义如下：Nu· Kair太阳能收集器吸收的热通量和孔面积可以定义为：hc; amco¼Dco;oð11ÞS/ga· Gbhr; amcoeco·r·T2T22012年12月，ga¼qr·a·c·s·Km4和歌岩r·COT_a;平均COT_2=COT_2AA¼W - Dco; o· L5公司简介平均值ð13Þ接收器，Dco，o是盖的外径，L是收集器长度，qr是反射镜热效率（gi）在给定的入射角值，其中，下标am为环境温度，avg为平均温度，K air为空气导热系数，Nu为努塞尔数，r为Stefan-Boltzmann常数，eco 是覆盖层的发射度，ea是吸收体的发射率此外，还定义了覆盖物的温度如：SPTC的峰值效率[32]，Gb为直接太阳辐照度。除了这些参数外，S与Gb的比值给出了效率不1/4小时 Ta;amþAcoðh c;amco阿木科我的朋友ð14Þ吸收器管G的长度。所有与这些合作伙伴相关的必要数据hrcoaAcohcamcohr amco一参数列于表1。此外，散热系数定义如下：F¼m_a·CPa=1-ex p.-F·A·A·UL6;Aa;指向SPTC的太阳能通量（即光束辐射）总量，假定为组合系统可用的总热量。Aa· ULm_a·CPaQ_s¼AA·FR·S·Cols·Colp15其中，Aa =p Da; O L，F是集热器效率因子，定义如下：U其中Cols Colp是串联的每一行收集器的总数，收集器的平行行排列。能量FoULð7ÞSPTC的效率（gen;SPTC）可以表示为[56]：2式中，Uo是周围环境g¼g-c1Tm-Ta-c2Tm-Tað16Þ以及流过吸收管的流体，并且UL是热量损失en; SPTC oGbGb太阳能集热器在环境和吸收管之间的系数，其定义为：-1其中g0是SPTC的光学效率，c1是一阶系数[W/m2°C]，c2是二阶系数[W/m2 +°C2]，Tm是导热油的平均温度，其定义为：U o ¼1000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000-是的Da;ol n. Da;oð8ÞULh coa; iD a; i2K aD a; iTm¼T1T3ð17Þ2其中hcoa; i是吸收体和玻璃之间的热损失系数封面如下所示：hcoa i<$ua·ka现在太阳能集热器的热损失系数定义如下：ð9Þ此外，术语火用被定义为当系统在平衡条件下与周围环境相互作用时从系统获得的理论最大功因此，基于联合循环中的物理边界方法的每个部件的控制容积的稳态火用平衡被定义为：A.A.1米-1X.1-ToQ_Q-w_cv-Xm_iExi-Xm_eExe-E_xd¼ 0* *UL¼一阿姆科公司科阿河10其中下标a co是指吸收体和覆盖物，hc; amco是环境和覆盖物之间的对流热损失系数，hr; amco是辐射热损失系数，hr; coa是辐射ð18Þ式中E_xd为（火用）破坏率，下标O和Q为在周围或死态下1 -1其中W是收集器的宽度，ga是吸收器的效率，或ea的co埃科Ra型B1999年，中国科学院院士、中国科学院院士李世石（R134a我102.03-26.1R407cW86.20-43.6R1234yf我114.04-29.5R1234ze（E）我114.04-19.0R245faD134.05 15.1Tcc（°C）Pcd（MPa）寿命（年）ODPeGWPf1014.059A1140143086.794.597A1N.A.0180094.73.38A2l0.0290<1109.43.64A2l0.0450<1154.13.65B17.701050H. Singh，R.S.Mishra/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）451457¼1（即：T0= 298.15 K和P0= 101.3 kPa），对于特定状态，下标e和i表示出口和入口状态。此外，Ex是每单位质量流率的火用和假定的化学火用值ExDESORC;涡轮机防爆防爆防爆Exinlð30Þ在系统中可以忽略不计。现在，忽略速度和高度的变化后，单位质量流率的物理火用可以定义为ExDES冷凝器13-14号线-15-16号线Exinlð31Þ【4，33】：pHExDES泵Pump-PumpEx12-Ex14泵Exinlð32ÞEx 1/4 h-h0h- T0h s- s0h19 h其中h和s是比焓和比熵。此外，在系统的入口点处的有效能（E_xinl）被称为从太阳辐射可获得的最大“一声。4.第四季发送至#由太阳能集热器提供给蒸发器单元中的联合循环的总热输入可以定义为：Q inl¼m_SCO2·h5-h4h33h其中m_SC O2是拔顶循环中SC O 2的质量流率。SCO2汽轮机中的热力过程（5至6）可Exinl¼ AA· Gb· 1mm3苏氏-3 Tsuð20Þ描述为：WSCO2;汽轮机¼m_SCO2·2h5-h6s·gSCO2;汽轮机3s·4 h其中，Tsu是太阳表面（黑体）的温度，即5800 K[4]。工作流体从SPTC获得的（E_xu）增益可表示为[56]：_Q_uT3式中h6s为SCO2汽轮机出口等熵焓同流换热器（过程6至7）中的热力学平衡可以表示为：Q 回热器1/4mSCO2·2h6-h7/4mSCO2·2h4-h1000350- 是的你好，Exu¼T3-T1T3- T1- To lnT1SPTC的火用效率可以定义为：Ex_uð21Þ有效系数和回热比如下所示：eh6- h7h6- h7P10; P7P10ð36Þgex; SPTC1/4Exinl2200此外，联合循环的火用和能量分析所需的输入参数已在表1中列出。此外，联合循环的建模是基于从文献[37，51，52]中导出的热力学和火用方程。总的电（火用）效率可以定义为净电输出与输入处的（火用）的比率，其中h7= T10; P7= T 10是在状态7下的焓，其基于在状态7下离开再热器的SCO2流的温度达到在状态10下来自压缩机的进入SCO2流的温度现在，由SCO2循环通过HX装置（工艺7至8）向ORC提供的废热可定义为：Q inl;ORC¼m_SCO2·2h7-h8·2h3·7·2hHX装置（工艺6至7）的热力学关系式如下：例如总计¼- Ex inlð23ÞQ HX¼m_SCO2·2018年12月28日，第一届中国国际纺织品博览会在北京举行。其中ExDES共计 是联合循环中的总火用损失，其中m_f是底部ORC中工作流体的质量流率单位它被定义为：ExDES总计1/4ExDESSCO 2;涡轮机排气ExDES回热器排气ExDES蒸发器DE-EXDESHeatexhangerDE-EXxDEScompressorDE-ExDESORC;涡轮用于冷却器单元的过程（8至9）可以写为：Q 冷却器¼m_SCO2·小时8-小时9小时39小时用于SCO2压缩机的过程（9至10）由下式给出：EXEXDES冷凝器EXEXDES泵<$24<$现在，一个部件的总有效能损失的分数可以WSCO2;压缩机m_SO_2·2h10s-h9sgSCO2;压缩机ð40Þ定义为输入和输出火用之差，计算公式为：现在，ORC汽轮机的热过程（11至13）定义如下：WORC;汽轮机¼m_f·h11-h13 s·gORC;汽轮机 1041ExDESSCO2;涡轮机ExDES换热器涡轮机Ex5-Ex6涡轮机-WSCO 2;涡轮机Exinl电子邮件：info@cn.euExinlð25Þð26Þ其中h13s为ORC汽轮机出口处的等熵焓用于冷凝器单元的过程（13至14）可以写为：Q 冷凝器<$m_f·h13-h14冷凝42冷凝用于泵的过程（14至12）给出为：ExDES蒸发器Ex-Exinl-Ex-Ex5-Ex-Ex4Exinlð27ÞWORC;泵m_f·12s-14sgORC;泵ð43Þ防爆型7-防爆型8-防爆型11-防爆型12-防爆型其中H12S是出口泵处的等熵焓28DES加热器¼ExinlÞ此外，联合循环的热效率可以表示为：¼¼¼¼¼¼¼¼458H. Singh，R.S.Mishra/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）451ExDES压缩机CRAW压缩机-CRAEx10-Ex9压缩机Exinlð29Þg组合W网Qð44ÞINL¼¼H. Singh，R.S.Mishra/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）451459T3如：可以计算SCO2循环和ORC的净功率输出组合系统表明，吸收器中的平均流体温度比环境温度高288.8°C，而在先前的系统W净SCO¼W SCO 2涡轮-WSCOð45Þ三联产系统火用模型的相关研究;2;2;压缩机老化吸收液温度高于环境温度200 °C以下[41]。最后，所有物理和环境W净;ORC¼W ORC;涡轮机-WORC;泵4600现在可以假设SPTC的出口温度为常数。因此，循环的总有效能输入由下式给出：Exinl¼ Qinl·1-TO47除此之外，一些重要的术语，如有效能燃料消耗-对于特定状态Q，反应比（YDEP）、不可逆比（Y⁄）、改进潜力燃料消耗率也是改善系统性能的重要参数。它被定义为火用损失率与入口火用之比。ExDES表3中列出了所有选定流体的性能和安全数据。为了验证所考虑的系统，从现有文献中选择了大量研究[51，52，53]本研究的模拟结果和前人的研究结果如表5所示，比较表明，在相同的基线条件下，本模型的模拟结果与文献工作的模拟结果吻合较好，可用于联合循环性能分析。4. 结果和讨论在这项研究中，一个全面的分析所考虑的系统的单个组件。则YDEPLENT状态QRST昆士兰州总计;包括ð48Þ研究了太阳辐射强度变化对SPTC驱动联合循环性能的影响，不可逆比是另一个关键参数，作为的比破坏的火用到的系统的总火用破坏率ExDES利用EES软件对SCO2汽轮机的进口压力进行了模拟计算。目前，SPTC系统是根据印度气候条件的直接法向辐照度平均值（即850 W/m2）设计的，其中联合（SCO2-ORC）循环假定为Yω昆士兰州昆士兰州总计ð49Þ被操作。此外，还考察了白天改善潜力（Improvement Potential，IMP）是一个重要的（火用）参数，用于确定组合系统的改善程度在直接法向辐照度的整个范围之间，即500 W/m2至950 W/m2。IMP状态Q值 1-例如100μExDES，状态Q，50μ m4.1. 系统组件的详细分析结果为了评估与最后，ORC循环的膨胀比可以计算为：“V_13#11联合循环中，进行了（火用）分析和能量分析。这种有效能背后的好处和动机联系我们V_ð51Þ和能量法，有助于查明热质在特定过程中转移[46]并检查可持续性其中V_i是体积流率。3.2. SPTC模型的验证通过将当前模型结果与Dudley等人进行的实验研究进行比较，[31]和Al-Sulaiman[4]的理论研究，如表4所示。热损失的变化模型计算结果与已有的实验结果吻合较好。已经发现，与实验结果相比，结果中存在非常适度的变化[31]归因于用于评估热损失系数的近似。在这项研究中，基线模拟的COM-表4热损失随流体平均温度高于吸收器环境温度的变化。系统级[47]。EES数值计算方法用软件求解与火用参数有关的方程。表6列出了在基线条件下，基于R134a的SPTC联合循环在不同站点的热力学性质。 关键的火用参数，如燃料消耗率，改善潜力，火用破坏率，和不可逆性比也进行了检查。太阳能集热器、太阳能热交换器（即换热器）是总损失的主要部分蒸发器）和SCO2涡轮机，如表7所示。最高比率背后的原因有效能破坏的主要原因是流入和流出流体流之间的温差大研究结果表明，R407c联合循环的净电功率为3740 kW时，火用损失率最小。此外，表7中给出了放能参数值，这些值是在固定基线条件下评估的，例如SCO2涡轮机的入口压力为25 MPa，直接法向辐照度为850W/m2，入口或高温为653 K，质量流量为10 kg/s率的SCO2.此外，R245fa具有的最高火用破坏率，即太阳能集热器中约6092 kW，温度差值（°C）热损失（W/m2）（当前型号）热损失（W/m2）（Dudley et al.[31]）热损失（W/m2）（Al-Sulaiman[4]）在SCO2涡轮机中为2108 kW，在蒸发器中为1895 kW，这取决于在太阳能收集器、SCO2循环和ORC中流动的工作流体的不同质量流率100.610.7810.68.7可以看出，太阳能集热器具有最高的价值149.117.2419.319.3有效能破坏率在的整体厂因此196.732.1530.634.2需要仔细的设计过程，以提高性能-曼斯R407c联合循环中太阳能集热器的改进潜力（IMP）为5282kW，¼¼245.854.4845.453293.367.6962.975.5460H. Singh，R.S.Mishra/Engineering Science and Technology，an International Journal 21（2018）451表5联合循环模型验证结果。工作流体参考参考中的热效率热效率预测误差估计SCO2SCO2工作流体Besarati等人[52]第51话：我的世界0.45070.491参考中的热效率0.43330.482热效率预测-3.8%-1.8%误差估计R245faR245fa工作液Clemente等人[53]Song等人[51]参考文献0.110.114参考中的热效率0.119热效率预测8.1%4.3%误差估计R245faBesarati等人[五十二]0.51400.5203百分之一点二表6基于R134a的 SPTC综合联合循环[42，43]在选定站点的热力学特性。SPTC集成联合循环（SPTC-SCO2-ORC）选择的站流体类型m_（kg/s）P（巴）T（K）h（kJ/kg）s（kJ/kg K）SPTC入口（1）Syltherm 8000.575100544.6718.81.712SPTC插座（3）Syltherm 8000.575100673832.32.379SCO2涡轮机入口（5）SCO210250653819.582.4044R134aSCO2涡轮机出口（6）SCO210155.8562.3723.182.4533换热器出口（7）SCO210155.8388.3487.231.8254压缩机入口（9）SCO210155.8327.5324.631.3658压缩机出口（10）SCO210250362.8381.351.3987蒸发器入口（4）SCO210250524.6654.722.1230ORC涡轮机入口（11）R134a230368.9446.241.7268ORC涡轮机出口（13）R134a26.386310.6405.461.7622冷凝器出口（14）R134a26.386298.5382.391.6226HX入口（12）R134a230318.8392.261.6705表7所有选定工质的联合循环的详细（火用）参数[43]。系统组件联合循环R134aR2