Low temperature waste heat recovery with Organic Rankine Cycles in subcritical configuration

The Organic Rankine Cycle is designed, and effects of different working fluids have been analyzed to use low-grade waste heat for electricity production and the best working fluid is chosen based on net work output as figure of merit. The study uses a total of six distinct working fluids. R22, R134a, R152a, R290, R600, and isobutane were the working fluids studied. Dry and wet fluids have been numerically simulated to evaluate thermodynamic performance of different fluids. Numerical simulations are performed using engineering equation solver (EES) along with REFPROP. The optimum working fluids is selected based on maximum net work output, considering also environmental impact of fluids (lower GWP, lower ODP and lower atmospheric life etc.). The cycle is analyzed over the range of evaporation temperature ensuring sub-critical cycle for each case. The maximum cycle temperature evaluated was 120 °C. This work also shows the effects of physical and thermodynamic properties of fluids on the performance of thermodynamic cycle. Moreover, comparison between saturated and superheated cycles for dry fluids R600 and isobutane has been established. Finally, optimization of cycles has been performed for selected working fluids.

Il ciclo Rankine organico è progettato e gli effetti di diversi fluidi di lavoro sono stati analizzati per utilizzare il calore di scarto di bassa qualità per la produzione di elettricità e il miglior fluido di lavoro viene scelto in base alla produzione di lavoro netto come cifra di merito. Lo studio utilizza un totale di sei distinti fluidi di lavoro. R22, R134a, R152a, R290, R600 e isobutano sono stati i fluidi di lavoro studiati. Fluidi secchi e umidi sono stati simulati numericamente per valutare le prestazioni termodinamiche di diversi fluidi. Le simulazioni numeriche vengono eseguite utilizzando il risolutore di equazioni ingegneristiche (EES) insieme a REFPROP. I fluidi di lavoro ottimali vengono selezionati in base alla massima resa netta di lavoro, considerando anche l'impatto ambientale dei fluidi (minore GWP, minore ODP e minore vita atmosferica, ecc.). Il ciclo viene analizzato nell'intervallo di temperatura di evaporazione garantendo un ciclo subcritico per ogni caso. La temperatura massima del ciclo valutata è stata di 120 °C. Questo lavoro mostra anche gli effetti delle proprietà fisiche e termodinamiche dei fluidi sull'andamento del ciclo termodinamico. Inoltre, è stato stabilito il confronto tra cicli saturi e surriscaldati per fluidi secchi R600 e isobutano. Infine, l'ottimizzazione dei cicli è stata eseguita per fluidi di lavoro selezionati.