分液冷凝設(shè)備-有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化.pdf

1、隨著能源需求的不斷增長和能源價格的持續(xù)增加，能源短缺和環(huán)境污染問題成為了全世界關(guān)注的焦點。而自然界中蘊含總量巨大的工業(yè)余熱和中低溫可再生能源未能得到有效利用，有機朗肯循環(huán)（ORC）技術(shù)被認(rèn)為是最具推廣潛力的中低溫?zé)崮馨l(fā)電技術(shù)，然而由于熱源溫位低，相比傳統(tǒng)高溫?zé)嵩窗l(fā)電系統(tǒng)，ORC效率低、單位投資費用高。因此，提高 ORC系統(tǒng)效率、降低發(fā)電成本是當(dāng)前中低溫?zé)嵩打?qū)動 ORC亟需解決的問題。本文以 ORC回收工業(yè)余熱為背景，從ORC核心換熱設(shè)備

2、出發(fā)，提出基于分液冷凝器（LSC）的ORC系統(tǒng)，研究LSC的優(yōu)化設(shè)計方法，建立換熱設(shè)備與ORC系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，開發(fā)求解策略，并進行案例驗證。
　　首先，建立了基于LSC的ORC系統(tǒng)熱力學(xué)分析模型，針對LSC的特點，提出了 LSC管程排列、管內(nèi)外結(jié)構(gòu)參數(shù)的同步優(yōu)化建模方法，其中工質(zhì)物性參數(shù)通過Refprop9.0擬合并驗證。
　　然后，詳細(xì)闡述了 LSC的分液機理和強化換熱機制并建立了 LSC管程分布和幾何結(jié)構(gòu)同步優(yōu)化模

3、型，基于實驗數(shù)據(jù)驗證了LSC管內(nèi)換熱和壓降關(guān)聯(lián)式；建立基于材料購買成本和運行成本的經(jīng)濟模型，開發(fā)基于確定性數(shù)學(xué)規(guī)劃算法的求解策略。通過兩個案例分析表明， LSC的管程分布優(yōu)化、管-翅結(jié)構(gòu)類型優(yōu)化、管長和翅片數(shù)優(yōu)化對降低LSC總成本有明顯效果。
　　此外，建立了換熱設(shè)備-LSC結(jié)構(gòu)參數(shù)和系統(tǒng)運行參數(shù)同步優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型，以度電成本（EPC）最小為目標(biāo)，在LSC模型求解算法的基礎(chǔ)上開發(fā)了ORC系統(tǒng)優(yōu)化求解算法。通過案例計算得到了EPC最

4、小的設(shè)計方案，并與分步優(yōu)化結(jié)果和基于平行流冷凝器（PFC）的ORC優(yōu)化結(jié)果進行了對比；分析了各設(shè)備在ORC中的重要性，分析了LSC結(jié)構(gòu)參數(shù)對優(yōu)化結(jié)果的影響規(guī)律。
　　最后，提出了環(huán)境影響和熱經(jīng)濟性能權(quán)衡優(yōu)化的方法，建立了基于生命周期評價（LCA）的ORC系統(tǒng)在全生命周期內(nèi)的環(huán)境影響模型，并將 LCA集成到 ORC系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中。建立多目標(biāo)優(yōu)化的 MINLP模型用于同時優(yōu)化系統(tǒng)運行參數(shù)和設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)。案例分析得到各目標(biāo)對應(yīng)單目標(biāo)最優(yōu)解