循环性能比较：Kalina循环与其他动力循环的工作性能研究

关于Kalina循环与其他动力循环的性能对比研究的文献有很多，Desideri和Didini针对地热能发电应用，对比了KCS12循环与单闪蒸循环、双闪蒸循环以及3种朗肯循环的二元发电系统的工作性能［85］。考虑的朗肯循环包括：简单有机朗肯循环、带开式回热器的朗肯循环、带闭式回热器的朗肯循环。结果显示与传统的单闪蒸或双闪蒸循环相比，采用氨水工质的Kalina循环可明显提高系统的性能。

定义单位工质质量流量的净输出功率为

单位热源质量流量的净输出功率为

单位冷源质量流量的净输出功率为

总换热面积与净输出功率比为

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针对低温地热能发电应用，对带高温回热器的KCS34系统与ORC系统的工作性能进行对比［86］，KCS34系统的热效率随氨质量分数和涡轮入口压力的变化曲线如图6-65（a）所示，在涡轮入口压力一定时，随着氨质量分数的增大热效率先增大后逐渐减小，存在一个最佳的氨质量分数使系统热效率达到最大。当氨质量分数为0.9时，系统性能指标随涡轮入口压力的变化曲线如图6-65（b）所示。针对每一个性能指标，存在一个不同的最佳涡轮入口压力，使得该性能达到最佳。在实际应用时，应合理选择涡轮入口压力的工作范围，考虑以上性能指标使系统的综合性能满足要求。图6-65（c）所示为当涡轮入口压力为2 MPa时，系统性能指标随氨质量分数的变化曲线。当氨质量分数为0.6左右时，系统热效率最大。在稍大些的氨质量分数下，总换热面积与净输出功率比达到最小。其余3个指标随着氨质量分数的增大而逐渐增大。

图6-66所示为KCS34系统与采用纯氨或异丁烷为工质的ORC系统的工作性能对比。涡轮入口压力对系统性能的影响很大。采用异丁烷为工质的系统的工作压力明显低于采用氨或氨水为工质的系统。KCS34系统的热源利用率明显高于采用纯氨为工质的ORC系统。当KCS34系统与采用异丁烷为工质的ORC系统的热源利用率相等时，KCS34系统的效率高于ORC系统。KCS34系统的冷源利用率也明显高于其他两种ORC系统。在大部分工作压力下，采用异丁烷为工质的ORC系统的工质利用率低于采用纯氨为工质的ORC系统或KCS34系统。随着蒸发压力的增大，3个系统的总换热面积与净输出功率比逐渐降低并趋于同一个值。

图6-65　KCS34系统性能随工作参数的变化曲线［86］

（a）氨质量分数和涡轮入口压力；（b）蒸发压力；（c）氨质量分数

基于Simav地热井温度为162℃的地热水，Coskun等对比分析了双闪蒸循环、二元循环、带闪蒸的二元复合循环和Kalina循环等4种不同动力循环的热力学性能和经济性［87］。在二元循环和带闪蒸的二元复合循环中，ORC系统的工质为异丁烷。4种循环中Kalina循环的热效率为10.6%，带闪蒸的二元复合循环的热效率为8.2%，二元循环和双闪蒸循环的热效率较低，分别为7.2%和6.9%。Kalina循环与双闪蒸循环的经济性优于其他动力循环，Kalina循环的平均发电成本可降低到0.0116＄/kWh，资本回收期仅为5.8年。

图6-66　KCS34系统与ORC系统的性能对比［86］