有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)中蒸發(fā)器和冷凝器夾點溫差的優(yōu)化與匹配研究.pdf

1、能源問題已經(jīng)成為全球經(jīng)濟發(fā)展的最大壓力之一?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中造成了大量低溫余熱的排放,因此回收低溫余熱能源將其用來發(fā)電有很大的意義。目前應(yīng)用最廣泛的低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)主要是有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)(Organic Rankine Cycle System,ORCs)。作為ORCs中的關(guān)鍵部件,蒸發(fā)器和冷凝器的性能對整個系統(tǒng)有很大影響,而其中重要的操作參數(shù)夾點溫差的選擇和匹配,成為ORCs研究的又一新問題。因此,本課題運用熱經(jīng)濟學(xué)原理,擬對有機朗肯循

2、環(huán)系統(tǒng)中的蒸發(fā)器和冷凝器夾點溫差進行優(yōu)化和匹配。研究的主要內(nèi)容如下:
　　①以R600a為工質(zhì),構(gòu)建亞臨界ORCs的蒸發(fā)器熱經(jīng)濟性模型,分別從火用回收和火用損失兩個角度來探討蒸發(fā)器夾點溫差對蒸發(fā)器性能的影響,并對夾點溫差進行優(yōu)化,分析相關(guān)操作參數(shù)和經(jīng)濟參數(shù)等對優(yōu)化結(jié)果的影響。結(jié)果表明:存在最佳的蒸發(fā)器夾點溫差ΔTe,opt,使蒸發(fā)器的性能最佳;從火用回收的角度優(yōu)化的蒸發(fā)器夾點溫差與從火用損失的角度優(yōu)化的結(jié)果相比略大;本部分優(yōu)化的蒸

3、發(fā)器夾點溫差的范圍為5–12K,優(yōu)化結(jié)果與經(jīng)濟因素有關(guān);最優(yōu)蒸發(fā)器夾點溫差隨余熱煙氣與工質(zhì)的熱容率之比R的增大而增大,隨蒸發(fā)器預(yù)熱段換熱系數(shù)KeA、蒸發(fā)段與預(yù)熱段換熱系數(shù)比1、熱量火用價ce的增大而減小;流動火用損失對最優(yōu)蒸發(fā)器夾點溫差的影響很小,可以忽略。
　?、谝圆捎眉児べ|(zhì)R601a、R245fa,混合工質(zhì)R13I1/R601a、R245fa/R601a的亞臨界ORCs為研究對象,分析蒸發(fā)器和冷凝器夾點溫差對系統(tǒng)性能的影響,通

4、過分析影響因素,對二者進行優(yōu)化和匹配。結(jié)果表明:存在最優(yōu)的蒸發(fā)器夾點溫差ΔTe,opt和最優(yōu)的冷凝器與蒸發(fā)器夾點溫差比yopt;ΔTe,opt范圍為3–6K,與其他文獻中提到的范圍相比偏小;yopt優(yōu)化結(jié)果范圍為0.8–1.5;優(yōu)化結(jié)果受以下幾個參數(shù)如冷凝器與蒸發(fā)器換熱系數(shù)之比2、混合工質(zhì)在冷凝器中的露點溫度T1a、混合工質(zhì)的組分變化的影響較大;而工質(zhì)在蒸發(fā)器中的泡點溫度T3a、余熱煙氣的質(zhì)量流量mg、進口溫度Tgi等對優(yōu)化的結(jié)果影響很

5、小。并對四種不同工質(zhì)R601a、R245fa,R13I1/R601a、R245fa/R601a的優(yōu)化結(jié)果進行了比較分析。
　?、垡圆捎肦143a為工作流體的跨臨界ORCs為研究對象,分析蒸發(fā)器和冷凝器夾點溫差對系統(tǒng)性能的影響及影響二者優(yōu)化的因素,并將優(yōu)化的結(jié)果與亞臨界ORCs的結(jié)論進行比較分析。結(jié)果表明:跨臨界ORCs中也存在ΔTe,opt和yopt;冷凝器與蒸發(fā)器換熱系數(shù)之比2、工質(zhì)在膨脹機的出口壓力P1、煙氣的質(zhì)量流量mg和進