低溫有機(jī)朗肯循環(huán)變工況運(yùn)行研究.pdf

1、有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)是利用中低溫?zé)嵩吹闹匾夹g(shù)之一。當(dāng)前，有機(jī)朗肯循環(huán)運(yùn)行優(yōu)化及機(jī)組集成技術(shù)有待發(fā)展和完善。本文針對低溫有機(jī)朗肯循環(huán)過程集成關(guān)鍵技術(shù)和核心問題，在低溫?zé)嵩礂l件下開展變工況實驗，獲得有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)輸出特性和關(guān)鍵部件運(yùn)行特性，提出ORC系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的指示性參數(shù)，集成適用于非穩(wěn)定低溫?zé)嵩吹挠袡C(jī)朗肯循環(huán)樣機(jī)。
　　建立了完善的有機(jī)朗肯循環(huán)實驗系統(tǒng)，采用三柱塞泵作為工質(zhì)泵，渦旋膨脹機(jī)作為熱工轉(zhuǎn)換設(shè)備，R123作為工質(zhì)。在

2、140～160℃熱源條件下，研究ORC變工況運(yùn)行特性。三柱塞泵具有相對優(yōu)異的實際運(yùn)行效率，是文獻(xiàn)報道水平的1.5～2.4倍;工質(zhì)泵與膨脹機(jī)之間存在耦合關(guān)系;工質(zhì)泵發(fā)生氣蝕會造成工質(zhì)流量顯著偏離和劇烈波動;帶有前置泵的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)能解決工質(zhì)泵氣蝕問題。對比恒定工質(zhì)流量和恒定膨脹機(jī)轉(zhuǎn)矩兩種調(diào)節(jié)模式下系統(tǒng)瞬態(tài)特性發(fā)現(xiàn)，恒定膨脹機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)模式下系統(tǒng)響應(yīng)較為平穩(wěn)，而恒定工質(zhì)流量調(diào)節(jié)模式下系統(tǒng)響應(yīng)更為迅速;恒定工質(zhì)流量模式便于調(diào)節(jié)蒸發(fā)壓力，而恒

3、定膨脹機(jī)轉(zhuǎn)矩模式便于調(diào)節(jié)膨脹機(jī)入口蒸汽過熱度。穩(wěn)態(tài)工況下獲得最大膨脹機(jī)軸功為3.45kW，最大熱效率6.29％。膨脹機(jī)入口蒸汽過熱度影響膨脹機(jī)實際運(yùn)行效率，存在最佳過熱度（約20℃），對應(yīng)著最大的膨脹機(jī)輸出軸功，以及最大的系統(tǒng)熱效率和炯效率。開展基于單螺桿ORC系統(tǒng)運(yùn)行特性實驗，在160℃熱源條件下獲得最大膨脹機(jī)軸功5.09 kW，最大熱效率為5.05％。相比渦旋膨脹機(jī)，單螺桿膨脹機(jī)具有單機(jī)功率較大、可在較低壓力下運(yùn)行等特點(diǎn)，更適用于低

4、溫?zé)嵩础?br>　　提出了兩類無量綱積分溫差作為有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的新指標(biāo)參數(shù)。在不同熱源溫度下和ORC系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)下，第一類無量綱積分溫差與蒸發(fā)器比炯損顯著線性相關(guān);存在最佳第二類無量綱積分溫差區(qū)間（0.282±0.01），使得膨脹機(jī)有最大輸出功，ORC系統(tǒng)有最大熱效率和最大炯效率。
　　設(shè)計并搭建了10 kW級的有機(jī)朗肯循環(huán)集成樣機(jī)。該樣機(jī)采用了單螺桿膨脹機(jī)，并集成了遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制系統(tǒng)。用R245fa作為循環(huán)工質(zhì)，在80