Влияние термодинамических параметров и архитектуры двухступенчатого цикла Ренкина на его эффективность
Автор: Щинников П.А., Боруш О.В., Лузина А.А.
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации
Статья в выпуске: 3 т.18, 2025 года.
Бесплатный доступ
Одним из направлений развития энергетических установок для выработки электроэнергии является применение двухступенчатых циклов Ренкина. В них применяют два рабочих тела: водяные пары и хладон. Каждое рабочее тело циркулирует в собственном контуре и совершает работу. Внешний подвод энергии от сжигания органического топлива осуществляют в пароводяном цикле Ренкина. Теплоту, выводимую из пароводяного контура, направляют в теплообменник, где генерируют пар низкокипящего рабочего тела. Этот контур принято называть органическим циклом Ренкина (ORC).В статье рассмотрены двухступенчатые циклы Ренкина разного уровня сложности с использованием широкого ряда хладонов. Показано, что рост термической эффективности таких циклов связан с количеством пара хладонов, генерируемым 1 кг/с водяного пара, и зависит от вида рабочего тела. Проведен анализ работы таких циклов в зависимости от температуры входа водяного пара в паровую турбину, температуры входа хладона в ORC-турбину и температуры окружающей среды. Выявлено, что температура входа водяного пара и хладагента по-разному влияет на эффективность цикла. Сделан вывод, что по мере усложнения тепловой схемы двухступенчатого цикла его эффективность растет более чем на 8 %. Показано, что двухступенчатый цикл Ренкина сопоставим с технологиями паросиловой установки на сверхкритических и суперсверхкритических параметрах и внутрицикловой газификации топлива и уступает циклу Аллама и ПГУ на основе перспективных газовых турбин серий Н и НА.
Двухступенчатый цикл ренкина, хладон, r-агент, тепловая схема, метод, расчеты, эффективность
Короткий адрес: https://sciup.org/146283159
IDR: 146283159 | УДК: 621.48
Influence of the thermodinamic parameters and architecture of the two-stage Rankin cycle on its efficiency
One of the directions of the development of power plants for electric power generation is the application of two-stage Rankine cycles. Two working fluids are used in them: water vapor and refrigerant. Each working fluid circulates in its circuit and does work. External energy supply from the combustion of organic fuel is realized in the steam-water Rankine cycle. The heat removed from the steam-water circuit is directed to a heat exchanger, where low-boiling working fluid steam is generated. This circuit is commonly referred to as the organic Rankine cycle (ORC). The article considers two- stage Rankine cycles of different levels of complexity using a wide range of cooling agents. It is shown that the increase in the thermal efficiency of such cycles is associated with the amount of cooling agent vapor generated by 1 kg/s of water vapor and depends on the type of working fluid. The analysis of such cycles operation was carried out depending on the initial temperature of the water vapor inlet to the steam turbine, the initial temperature of the cooling agent inlet to the ORC-turbine, and the ambient temperature. It is shown that the initial temperature of water vapor and cooling agents affects the cycle efficiency in different ways. It is demonstrated that as the thermal scheme of the two-stage cycle becomes more complex, its efficiency increases by more than 8 %. It is shown that the two-stage Rankine cycle is comparable with steam power plant for supercritical and ultra -supercritical parameters, and in-cycle fuel gasification technologies and inferior to the Allam cycle and combined cycle gas turbine unit based on promising H and HA series gas turbines.
