中低溫有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化及實驗研究.pdf

1、利用中低溫有機朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle，ORC)發(fā)電技術(shù)將低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位的電能是目前研究的熱點，也是未來低品位熱能利用的發(fā)展趨勢。本文將圍繞中低溫有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)開展理論優(yōu)化和實驗研究。
　　首先，本文建立了ORC系統(tǒng)和各部件的熱力學計算模型，介紹了有機工質(zhì)的干濕性、熱物性、環(huán)保性和安全性等特性，歸納分析了ORC系統(tǒng)優(yōu)化的評價指標和多目標綜合評價方法。分析結(jié)果表明，工質(zhì)的選擇需要考慮的評價指

2、標較多，且評價指標具有定性指標和定量指標相結(jié)合的特點。基于此，本文采用多級非結(jié)構(gòu)性模糊綜合評價的方法進行ORC工質(zhì)的優(yōu)選。以150℃中低溫熱源驅(qū)動的亞臨界ORC系統(tǒng)為例，建立了ORC工質(zhì)選擇的多準則評價模型。借鑒模糊系統(tǒng)理論，確定各方案的隸屬度和評價因素的權(quán)重，通過模糊變換得到候選工質(zhì)的優(yōu)先推薦序列。其中，排序前兩位的工質(zhì)是R123和R245fa。
　　然后，本文選用R245fa為工質(zhì)建立ORC系統(tǒng)蒸發(fā)器、冷凝器、工質(zhì)泵、膨脹機等

3、設備模型，采用多目標優(yōu)化遺傳算法，對ORC系統(tǒng)和換熱設備展開同步優(yōu)化研究。以板式換熱器為例，選取蒸發(fā)器和冷凝器的板長、板寬、板間距等結(jié)構(gòu)參數(shù)，以及ORC循環(huán)蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、過熱度等運行參數(shù)，共9個參數(shù)作為系統(tǒng)的優(yōu)化變量。以系統(tǒng)熱效率和比投資成本兩個指標作為多目標優(yōu)化的目標函數(shù)，在給定的變量取值范圍內(nèi)，計算得到了這兩個目標下的Pareto最優(yōu)解。通過分析最優(yōu)解對應的優(yōu)化變量的變化趨勢發(fā)現(xiàn)，當換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化使得壓降越小時，系統(tǒng)熱效率

4、增高，換熱面積增加，比投資成本增大。
　　最后，本文設計和搭建了ORC發(fā)電系統(tǒng)實驗平臺。通過正交實驗的方法計算得到了系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的范圍，并據(jù)此進行實驗臺設備選型和搭建。該實驗臺采用R245fa為循環(huán)工質(zhì)，冷源采用冷水機組制備恒溫冷卻水，熱源采用電加熱高溫導熱油來模擬工業(yè)廢熱，導熱油加熱功率為63kW，可以進行150℃以下熱源驅(qū)動的ORC系統(tǒng)性能和設備測試實驗。完成實驗臺的搭建后，對系統(tǒng)進行了穩(wěn)定工況下的調(diào)試實驗，和變工質(zhì)流量性能測