回收低溫?zé)煔庥酂岬膩喤R界有機(jī)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(dāng)今世界面臨的兩大難題，有機(jī)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(bào)是投資者最為關(guān)心的問(wèn)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(píng)價(jià)指標(biāo)。蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、蒸發(fā)器和冷凝器節(jié)點(diǎn)溫差等對(duì)ORC系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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(yùn)行條件(例如，熱源進(jìn)口溫度、熱源質(zhì)量流量、冷源進(jìn)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(jì)性，本文以EPC為優(yōu)化目標(biāo)，在不同的外部運(yùn)行條件下，對(duì)選用不同工質(zhì)的ORC系統(tǒng)進(jìn)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(diǎn)溫差等。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴對(duì)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(diǎn)溫差隨熱源的進(jìn)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(jìn)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(diǎn)溫差隨熱源進(jìn)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(jìn)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(jìn)口溫度增大均不斷減小，隨冷源進(jìn)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(duì)應(yīng)的凈輸出功、最佳蒸發(fā)壓力和最佳蒸發(fā)器節(jié)點(diǎn)溫差均減??；最佳膨脹比、最佳冷凝器節(jié)點(diǎn)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(jìn)口溫度受蒸發(fā)器節(jié)點(diǎn)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(diǎn)附近進(jìn)行變工況分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，EPC隨熱源進(jìn)口溫度和質(zhì)量流量的增加而不斷減小；當(dāng)

5、冷源進(jìn)口溫度大于設(shè)計(jì)值或冷源質(zhì)量流量小于設(shè)計(jì)值時(shí)，EPC隨冷源進(jìn)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(duì)EPC的影響從大到小對(duì)外部運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行排序是：冷源進(jìn)口溫度>熱源進(jìn)口溫度>熱源質(zhì)量流量>冷源質(zhì)量流量。從經(jīng)濟(jì)性和安全性方面考慮，建議根據(jù)全年的熱源進(jìn)口平均溫度選定熱源進(jìn)口溫度設(shè)計(jì)值，再?gòu)呐R界溫度與之接近的工質(zhì)中篩選經(jīng)濟(jì)性能較好的工質(zhì)。⑷對(duì)同步優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)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)