回收低溫煙氣余熱的亞臨界有機朗肯循環(huán)(ORC)系統(tǒng)多參數(shù)同步優(yōu)化.pdf

1、能源緊缺和環(huán)境污染是當今世界面臨的兩大難題，有機朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle，ORC)可以有效利用低品位余熱資源、提高能源利用率、減少環(huán)境污染。然而，如何用最少的系統(tǒng)投資獲取最大的回報是投資者最為關(guān)心的問題。系統(tǒng)發(fā)電成本(Electricity Production Cost，EPC)綜合考慮了系統(tǒng)投資成本和凈輸出功，是ORC系統(tǒng)優(yōu)化中的重要評價指標。蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、蒸發(fā)器和冷凝器節(jié)點溫差等對ORC系統(tǒng)經(jīng)濟性

2、具有重要影響，因此，經(jīng)常被作為ORC系統(tǒng)的優(yōu)化參數(shù)。另一方面，在不同的外部運行條件(例如，熱源進口溫度、熱源質(zhì)量流量、冷源進口溫度、冷源質(zhì)量流量、蒸發(fā)器和冷凝器傳熱系數(shù)等)下，系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化的結(jié)果也不同。為了提高ORC系統(tǒng)的經(jīng)濟性，本文以EPC為優(yōu)化目標，在不同的外部運行條件下，對選用不同工質(zhì)的ORC系統(tǒng)進行了多參數(shù)同步優(yōu)化，優(yōu)化參數(shù)包括蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、蒸發(fā)器和冷凝器節(jié)點溫差等。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對于選定的19種工質(zhì)，

3、ORC系統(tǒng)最佳蒸發(fā)溫度和最佳冷凝溫度隨熱、冷源溫度、熱源質(zhì)量流量和蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的增加而升高，隨冷源質(zhì)量流量和冷凝器傳熱系數(shù)的增加而降低。最佳蒸發(fā)器節(jié)點溫差隨熱源的進口溫度和質(zhì)量流量及蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的增加而增大；隨冷源的進口溫度和質(zhì)量流量及冷凝器傳熱系數(shù)的增加而減小。最佳冷凝器節(jié)點溫差隨熱源進口溫度、冷源質(zhì)量流量和蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的增加而增大；隨冷源進口溫度、熱源質(zhì)量流量和冷凝器傳熱系數(shù)的增加而減小。系統(tǒng)最小EPC隨熱源質(zhì)量流量、冷源質(zhì)量

4、流量、換熱器傳熱系數(shù)以及熱源進口溫度增大均不斷減小，隨冷源進口溫度的增大不斷增大。⑵隨工質(zhì)臨界溫度的增加，系統(tǒng)最小發(fā)電成本和其對應的凈輸出功、最佳蒸發(fā)壓力和最佳蒸發(fā)器節(jié)點溫差均減??；最佳膨脹比、最佳冷凝器節(jié)點溫差和最佳熱源出口溫度增加，最佳冷凝溫度基本不變。ORC系統(tǒng)允許的最高熱源進口溫度受蒸發(fā)器節(jié)點溫差、蒸發(fā)壓力和膨脹比的限制。⑶在ORC系統(tǒng)最優(yōu)額定工況點附近進行變工況分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，EPC隨熱源進口溫度和質(zhì)量流量的增加而不斷減??；當

5、冷源進口溫度大于設計值或冷源質(zhì)量流量小于設計值時，EPC隨冷源進口溫度的增加或冷源質(zhì)量流量的減少而增大；反之，EPC幾乎不變。按對EPC的影響從大到小對外部運行參數(shù)進行排序是：冷源進口溫度>熱源進口溫度>熱源質(zhì)量流量>冷源質(zhì)量流量。從經(jīng)濟性和安全性方面考慮，建議根據(jù)全年的熱源進口平均溫度選定熱源進口溫度設計值，再從臨界溫度與之接近的工質(zhì)中篩選經(jīng)濟性能較好的工質(zhì)。⑷對同步優(yōu)化的結(jié)果進行擬合，得到了ORC系統(tǒng)最佳蒸發(fā)溫度和冷凝溫度、最佳蒸發(fā)