中低溫有機朗肯循環(huán)的性能優(yōu)化與實驗平臺構(gòu)建.pdf

1、我國中低品位余熱資源普遍存在且數(shù)量巨大，如果充分利用這部分資源，將有助于優(yōu)化我國能源消費結(jié)構(gòu)，提高我國總體能源利用效率。有機朗肯循環(huán)(OrganicRanking Cycle，ORC)是一種新型余熱利用技術(shù)，可用于各種類型中低品位余熱的利用，具有效率高、投資少、環(huán)境友好等優(yōu)點，在中低品位余熱資源利用過程中起到重要作用。本文將圍繞中低溫余熱利用ORC系統(tǒng)進行理論研究，并開展相關(guān)實驗平臺的構(gòu)建工作，主要的研究工作如下:
　　基于熱力學

2、第一定律和熱力學第二定律，在MATLAB環(huán)境下，建立中低溫余熱利用ORC系統(tǒng)組件模型與評價模型，提出該系統(tǒng)有機工質(zhì)的選取原則，探討有機工質(zhì)的干濕特性。在此基礎(chǔ)上，針對中低溫熱源分組對比11種有機工質(zhì)的熱力學性能。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，在低溫和中溫熱源條件下，工質(zhì)R245fa和工質(zhì)R113的熱力學性能優(yōu)于其他有機工質(zhì)。此外，在該系統(tǒng)模型下，針對系統(tǒng)關(guān)鍵工作參數(shù)，對系統(tǒng)進行敏感性分析。分析結(jié)果表明:蒸發(fā)溫度、過熱度和冷凝溫度對提高系統(tǒng)性能的影響

3、比較大，而過冷度的影響不大。
　　開展中低溫余熱利用ORC系統(tǒng)的優(yōu)化研究。采用遺傳算法在MATLAB環(huán)境下編制計算程序，對ORC系統(tǒng)進行參數(shù)優(yōu)化，得出系統(tǒng)在循環(huán)過程中的最佳工作參數(shù)組合和對應的最大熱效率。同時，從技術(shù)和經(jīng)濟兩方面綜合考慮，構(gòu)建系統(tǒng)性能的多目標優(yōu)化模型，利用NSGA-Ⅱ算法實現(xiàn)對ORC系統(tǒng)的多目標優(yōu)化，獲得Pareto最優(yōu)解集，并采用理想點輔助法選取優(yōu)化最佳解。此外，從ORC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)，對比分析有回熱OR

4、C系統(tǒng)和無回熱ORC系統(tǒng)，認為增加回熱器裝置對提高系統(tǒng)熱力性能是有利的。
　　在國內(nèi)成功搭建熱源溫度范圍為80℃～400℃的多工質(zhì)ORC實驗平臺。在完成實驗平臺總體設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，對系統(tǒng)主要設(shè)備進行選型與設(shè)計計算，并建立實驗平臺參數(shù)測量與控制系統(tǒng)，完成中低溫余熱利用ORC實驗平臺整體的構(gòu)建。該實驗平臺主要由工質(zhì)循環(huán)回路、熱源回路以及冷源回路三個部分組成，可用于多種工質(zhì)的實驗研究，以中低溫煙氣作為熱源，以常溫冷卻水作為冷源，并采用