Organic Rankine cycle (ORC) is an useful cycle for power generation system with low temperature heat sources ($80{\sim}400^{\circ}C$). Since the boiling point of operating fluid is low, the system is used to recover the low temperature heat source of waste heat energy. In this study, a ORC with R134a is applied to recover the waste energy of condenser of coal fired power plant. A system model is developed via Thermolib$^{(R)}$ under Simulink/MATLAB environment. The model is composed of a refrigerant heat exchanger for heat recovery from coal fired condenser, a drum, turbine, heat exchanger for ORC heat rejection, storage tank, water recirculation pump and water drip pump. System analysis parameters were heat recovery capacity, type of refrigerants, and types of turbines. The simulation model is used to analyze the heat recovery capacity of ORC power system. As a result, increasing the overall heat transfer coefficient to become the largest of turbine power is the most economical.
Rankine cycle using ammonia-water mixture as a working fluid has attracted much attention, since it may be a very useful device to extract power from low-temperature heat source. In this work, the thermodynamic performance of regenerative ammonia-water Rankine cycle is thoroughly investigated based on the second law of thermodynamics and exergy analysis, when the energy source is low-temperature heat source in the form of sensible energy. In analyzing the power cycle, several key system parameters such as ammonia mass concentration in the mixture and turbine inlet pressure are studied to examine their effects on the system performance including exergy destructions or anergies of system components, efficiencies based on the first and second laws of thermodynamics. The results show that as the ammonia concentration increases, exergy exhaust increases but exergy destruction at the heat exchanger increases. The second-law efficiency has an optimum value with respect to the ammonia concentration.
To enhance thermal efficiency of thermal facility through recovery of low and medium temperature waste heat, 1MW organic Rankine cycle system was designed and developed. The exhaust gases of $175^{\circ}C$ at two 100MW power plants in pohang steel works were selected as the representative of low and medium temperature waste heat in industrial process for the heat source of the organic Rankine cycle system. HCFC-123, a kind of harmless refrigerant, was chosen as the working fluid for Rankine cycle. The organic Rankine cycle system with selected exhaust gases and working fluid was designed and constructed. From the operation, it was confirmed that the organic Rankine cycle system is available for low and medium temperature waste heat recovery in industrial process. The optimum operating manuals, such as heat-up of hot water, turbine start-up, and the process of electric power generation, were derived. However, electric power generated was not 1MW as designed but only 670kW. It is due to deficiency of pump capacity for supply of HCFC-123. So it is necessary to increase the pump capacity or to decrease the pressure loss in pipe for more improved HCFC-123 supply.
This paper presents thermodynamic performance analysis of organic Rankine cycle (ORC) using low temperature heat source in the form of sensible energy and using liquefied natural gas (LNG) as heat sink to recover the cryogenic energy of LNG. LNG is able to condense the working fluid at a very low condensing temperature in a heat exchanger, which leads to an increased power output. Based on the mathematical model, a parametric analysis is conducted to examine the effects of eight different working fluids, the turbine inlet pressure and the condensation temperature on the system performance. The results indicate that the thermodynamic performance of ORC such as net work production or thermal efficiency can be significantly improved by the LNG cold energy.
KIM, YOUNGWOO;LEE, JOONGSUNG;LEE, JONGJIP;KIM, DONG SUN;CHO, JUNGHO
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.28
no.3
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pp.295-299
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2017
In this study, computer simulation and optimization works have been performed for an open-loop Rankine cycle to generate power using five cases of liquefied natural gas compositions. PRO/II with PROVISION V9.4 from Schneider electric company was used, and the Soave-Redlich-Kwong equation of the state model was utilized for the design of the power generation cycle. It was concluded that more power was obtained from less molecular weight liquefied natural gas since there was more volumetric flow rate with less molecular weight.
It is a great interest to convert more energy in the heat source into the power and to improve the efficiency of power generating processes. Since the efficiency of power generating processes becomes poorer as the temperature of the source decreases, to use an ammonia-water mixture instead of water as working fluid is a possible way to improve the efficiency of the system. In this work performance of ammonia-water regenerative Rankine cycle is investigated for the purpose of extracting maximum power from low-temperature waste heat in the form of sensible energy. Special attention is paid to the effect of system parameters such as mass fraction of ammonia and turbine inlet pressure on the characteristics of system. Results show that the power output increases with the mass fraction of ammonia in the mixture, however workable range of the mass fraction becomes narrower as turbine inlet pressure increases and is able to reach 16.5kW per unit mass flow rate of source air at $180^{\circ}C$.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.26
no.4
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pp.151-157
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2014
An algebraic scroll expander has been fabricated and tested in a R134a Rankine cycle with heat source of 20 kW. For the operating conditions of 20~26 bar and $90{\sim}93^{\circ}C$ at the expander inlet and 8~9 bar at the outlet, the expander produced the shaft output power of about 0.6~0.7 kW in the operating speed range of 1500~2000 rpm. These correspond to the expander efficiency of 40~45%. The volumetric efficiency increased with increasing of the expander speed, reaching to 80% at 2000 rpm. Comparing to numerical simulation results, mechanical efficiency from the test data was found to be considerably low by as much as 30%, indicating that reduction in the frictional loss should be made to improve the scroll expander efficiency.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.10
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pp.662-669
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2011
A numerical study was performed for thermodynamic efficiencies of a basic ORC (Organic Rankine Cycle), ORC with a FLH (Feed Liquid Heater), and ORC with a regenerator. The efficiencies of the basic ORC were higher in the order of R113, R123, R245ca, and R245fa for its working fluids. It was confirmed that an optimal FLH pressure existed to maximize efficiency of the ORC with a FLH. A correlation was developed to predict the optimal FLH pressure as a function of evaporation and condensation pressure and its average absolute deviation was 0.505%. The efficiency enhancement of the basic ORC with a FLH was higher than that with a regenerator. It was presented that the basic ORC efficiency could be improved more than 10% by a FLH with $30^{\circ}C$ condensation and over $110^{\circ}C$ evaporation temperatures.
In this study a novel cogeneration system driven by low-temperature sources at a temperature level below $190^{\circ}C$ is investigated by first and second laws of thermodynamics. The system consists of Organic Rankine Cycle(ORC) and an additional heat generation as a parallel circuit. Seven working fluids of R143a, R22, R134a, R152a, $iC_4H_{10}$(isobutane), $C_4H_{10}$(butane), and R123a are considered in this work. Maximum mass flow rate of a working fluid relative to that of the source fluid and optimum turbine inlet pressure are considered to extract maximum power from the source. Results show that due to a combined heat and power generation, both the efficiencies by first and second laws can be significantly increased in comparison to a power generation, however, the second law efficiency is more resonable in the investigation of cogeneration systems. Results also show that the working fluid for the maximum system efficiency depends on the source temperature.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.23
no.12
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pp.776-781
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2011
The rapid increases in global energy demand and global warming need renewable energy sources such as solar thermal energy, biomass energy and waste heat. A ORC-based micro-CHP system(< 10 kWe) is one of the effective means to use renewable energy and solve energy problems because of its compactness, flexibilities and lower cost compared to other systems. The most important core components of the ORC is the expander which has a strong effect on the cycle efficiency. In the range of power output from 1 to 10 kW, the scroll expander is a good choice due to its performance and reliability. In this study, we have carried out an experimental study on an ORC equipped with oil-free scroll expander working with refrigerant R134a. We have measured power output and thermal efficiencies of the ORC and analyzed correlation between volumetric efficiencies of the expander and thermal efficiencies of the ORC.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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