Exergy analysis of internal regeneration in supercritical cycles of ORC power plant

In the paper presented is an idea of organic Rankine cycle (ORC) operating with supercritical parameters and so called dry fluids. Discussed is one of the methods of improving the effectiveness of operation of supercritical cycle by application of internal regeneration of heat through the use of additional heat exchanger. The main objective of internal regenerator is to recover heat from the vapour leaving the turbine and its transfer to the liquid phase of working fluid after the circulation pump. In effect of application of the regenerative heat exchanger it is possible to obtain improved effectiveness of operation of the power plant, however, only in the case when the ORC plant is supplied from the so called sealed heat source. In the present paper presented is the discussion of heat sources and on the base of the case study of two heat sources, namely the rate of heat of thermal oil from the boiler and the rate of heat of hot air from the cooler of the dinkier from the cement production line having the same initial temperature of 260[degrees]C, presented is the influence of the heat source on the justification of application of internal regeneration. In the paper presented are the calculations for the supercritical ORC power plant with R365mfc as a working fluid, accomplished has been exergy changes and exergy efficiency analysis with the view to select the most appropriate parameters of operation of the power plant for given parameters of the heat source

Influence of heat recuperation in ORC power plant on efficiency of waste heat utilization

The present work is devoted to the problem of utilization of the waste heat contained in the exhaust gases having the temperature of 350[degrees]C. Conversion of the waste heat into electricity using a power plant working with organic fluid cycles is considered. Three Organic Rankine Cycle (ORC) power plant solutions are analysed and compared: a solution with the basic, single thermodynamic conversion cycle, one with internal heat recuperation and one with external heat recuperation. It results from the analysis that it is the proper choice of the working fluid evaporation temperature that fundamentally affects the maximum of the ORC plant output power. Application of the internal heat recuperation in the plant basic cycle results in the output power increase of approx. 5%. Addition of the external heat recuperation to the plant basic cycle, in the form of a secondary supercritical ORC power cycle can rise the output power by approx. 2%

The influence of vapor superheating on the level of heat regeneration in a subcritical ORC coupled with gas power plant

The authors presented problems related to utilization of exhaust gases of the gas turbine unit for production of electricity in an Organic Rankine Cycle (ORC) power plant. The study shows that the thermal coupling of ORC cycle with a gas turbine unit improves the efficiency of the system. The undertaken analysis concerned four the so called "dry" organic fluids: benzene, cyclohexane, decane and toluene. The paper also presents the way how to improve thermal efficiency of Clausius-Rankine cycle in ORC power plant. This method depends on applying heat regeneration in ORC cycle, which involves pre-heating the organic fluid via vapour leaving the ORC turbine. As calculations showed this solution allows to considerably raise the thermal efficiency of Clausius-Rankine cycle

Comparative analysis of using the R227ea and R1234ze

W referacie przedstawione zostały wybrane wyniki pomiarów eksperymentalnych siłowni organicznej ORC, przeprowadzonych w Katedrze Techniki Cieplnej ZUT w Szczecinie. Badania przeprowadzono dla dwóch czynników organicznych R227ea i R1234ze. Układ ORC zasilany był wodą z miejskiej sieci ciepłowniczej (SEC Szczecin), której temperatura wynosiła od 91 i 93°C. Takie parametry wody zasilającej elektrownię ORC są zbieżne z parametrami wód geotermalnych dostępnych w Polsce dla odwiertów o głębokości około 3000 m. Uzyskane wyniki były podstawą do przeprowadzenia oceny porównawczej efektywności pracy siłowni ORC z zastosowaniem dwóch różnych syntetycznych czynników organicznych. Dla układu z czynnikiem R227ea uzyskano moc 7,84 kWe i sprawność elektrowni na poziomie 4%, natomiast dla czynnika R1234ze odpowiednio 6,96 kWe i 2,77 %, przy czym należy podkreślić, że wykorzystywane w układzie turbiny są turbinami prototypowymi, zaprojektowanymi na nominalną prędkość obrotową 3000 obr/min. Obroty te uzyskano dzięki zastosowaniu rozwiązania z częściowym łukiem zasilania wynoszącym odpowiednio dla czynnika R227ea 11%, a dla R1234ze 8%. Pod względem termodynamicznym czynnik R227ea wydaje się być płynem o korzystniejszych właściwościach, natomiast rozpatrując aspekt ekologiczny czynnik R1234ze jest płynem o perspektywicznych zastosowaniach ze względu na niską wartość wskaźnika GWP =7.The paper presents selected results of experimental measurements of the ORC power plant carried out at the Department of Thermal Engineering, West Pomerania University in Szczecin. The study was conducted for two organic working fluids: R227ea and R1234ze. The ORC system was supplied with water from the district heating network (SEC Szczecin), the water temperature was between 91 and 93°C. Such parameters of the water supplying ORC power plant are consistent with the parameters of geothermal water available in Poland for boreholes with a depth of approx. 3000 m. The results were the basis for carring out a comparative analysis of the efficiency of the ORC power plant in which two different synthetic organic fluids were used. A power of 7.84 kWe and thermal efficiency of 4% was abtained for the R227eg working fluid, while for the medium R1234ze respectively 6.96 kWe and 2.77%, it must be stressed that the turbines used in the ORC power plant are prototypical turbines, designed for a nominal speed of 3000 rpm. Such low speeds are obtained by using a solution of a partial admission of the circumference, respectively for fluid R227ea 11% and 8% for R1234ze. Thermodynamically, the R227ea working fluid seems to have favorable properties, while considering the environmental aspects R1234ze is a liquid with prospective applications due to low GWP = 7

Energy from sawmill and agricultural waste biomass

Biomasie – niezależnie od źródła – przypisuje się największe znaczenie wśród nośników energii odnawialnej. Energetyka jest zobligowana aktami prawnymi do zwiększenia udziału energii pochodzącej z odnawialnych źródeł, w bilansie paliwowo energetycznym Polski. W pracy przedstawia się charakterystykę paliwową tartacznych odpadów drzewnych o dużym stopniu wilgotności i kilku rodzajów biomasy pochodzenia rolniczego. Wyniki badań wskazują na możliwość wykorzystania różnych odpadów biomasowych (nawet w stanie roboczym, a więc o znacznym stopniu zawilgocenia) do procesów termicznych przemian. Przedstawiono również wartości stosunków udziałów masowych siarki do chloru w substancji palnej biopaliw, aby ocenić czy z punktu widzenia eksploatacji kotłów, spełniają one bezpieczne kryterium.Biomass- no matter the source- has been acknowledged as the transporter of energy of crucial importance. The energy industry is obliged by the law to enlarge the share of energy from renewable resources in the fuel energetic balance of Poland. The paper presents fuel characteristics of sawmill wood waste with high humidity and some types of agricultural biomass. The results of the research indicate the possibility to use different biomass waste ( even in the working state, so with high level of humidity) for thermal conversion processes. Ratios of the weight fractions of sulfur to chlorine in flammable substance of biofuels are also presented in order to assess whether from the point of view of the boilers operation they meet safe criterion

Influence of working fluid evaporation temperature in the near-critical point region on the effectiveness of ORC power plant operation

In the paper presented are definitions of specific indicators of power which characterize the operation of the organic Rankine cycle (ORC) plant. These quantities have been presented as function of evaporation temperature for selected working fluids of ORC installation. In the paper presented also is the procedure for selection of working fluid with the view of obtaining maximum power. In the procedure of selection of working fluid the mentioned above indicators are of primary importance. In order to obtain maximum power there ought to be selected such working fluids which evaporate close to critical conditions. The value of this indicator increases when evaporation enthalpy decreases and it is known that the latent heat of evaporation decreases with temperature and reaches a value of zero at the critical point

Vapour power plant utilizing multiple energy sources

W pracy przedstawiono wyniki obliczeń umożliwiające ocenę efektywności pracy siłowni parowej obejmującej jednoobiegową siłownię ORC (organic Rankine cycle) z parowaczem o cyrkulacji wewnętrznej, sprzężonej cieplnie z dolnym obiegiem siłowni binarnej. Rozpatrywane zagadnienie dotyczy wykorzystania dwóch różnotemperaturowych źródeł ciepła do zasilania obiegów organicznych analizowanego układu. Nośnikami energii pomiędzy źródłami ciepła a obiegiem jednoobiegowej siłowni ORC oraz dolnym obiegiem siłowni binarnej są odpowiednie strumienie wody. Omówione rozwiązanie polegające na zastosowaniu w jednoobiegowej siłowni ORC parowacza z cyrkulacją wewnętrzną nośnika energii, który umożliwia dostosowanie temperatury strumienia wody opuszczającej parowacz do wartości odpowiadającej temperaturze strumienia wody zasilającej podgrzewacz dolnego obiegu siłowni binarnej. W związku z tym możliwe jest skierowanie części strumienia wody zasilającej siłownię jednoobiegową do podgrzewacza dolnego obiegu siłowni binarnej. Podano przykłady obliczeniowe potwierdzające korzyści płynące z takiego rozwiązania.In the paper, calculation results are presented to enable an assessment of the effectiveness of the vapour power plant that consists of the single cycle ORC power plant incorporating the evaporator with internal circulation and of the bottoming binary power plant, whereby the latter two power plants are thermally coupled, but are driven by two heat sources with different temperatures. Water is used as heat carrier from both the heat sources. The ORC power plant solution with the evaporator, that works with the internal circulation is presented in detail. Evaporator of this type enables to adjusted its outlet water temperature to the value of the temperature of the heat carrier delivered to the bottoming binary power plant, whereby part of the evaporator outlet water can be supplied to the preheater of that plant. Advantages of the above solution are confirmed by the results of the calculated exemplary cases