有機朗肯循環(huán)多目標參數(shù)優(yōu)化及經(jīng)濟環(huán)境影響評價.pdf

1、在將節(jié)能貫穿于整個經(jīng)濟社會發(fā)展全過程和各領(lǐng)域的中國基本能源政策的政策背景下，如何提高能源效率，尤其是將能源消耗過程中低品位余熱資源轉(zhuǎn)換為方便、靈活的電能成為科學和工程界的廣泛關(guān)注的焦點。有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)以其工質(zhì)蒸發(fā)溫度較低和維護保養(yǎng)要求低的優(yōu)點為解決大量低溫余熱資源回收問題提供了較佳的選擇。本文在有機朗肯循環(huán)熱力學反問題研究的基礎(chǔ)上，研究了八種有機工質(zhì)循環(huán)的熱力性能。從循環(huán)熱力性能、經(jīng)濟性能和環(huán)境性能三個方面出發(fā)，創(chuàng)新性的構(gòu)建了多目標參

2、數(shù)優(yōu)化模型，對循環(huán)進行優(yōu)化設(shè)計，改善了聯(lián)合應(yīng)用系統(tǒng)的能源利用率，提高了有機朗肯循環(huán)性能和循環(huán)的適用性。依據(jù)此優(yōu)化模型，將優(yōu)化設(shè)計的耦合熱源的有機朗肯循環(huán)引入我國具有廣闊應(yīng)用前景的水泥工業(yè)的余熱利用，明確了有機朗肯循環(huán)在該領(lǐng)域的應(yīng)用前景，為我國的工業(yè)領(lǐng)域能源節(jié)約提出了很好的技術(shù)選擇。
　　本文在對有機朗肯循環(huán)熱力學模型、熱力計算分析的基礎(chǔ)上，基于熱力學反問題，選取了R114、R245fa、R245ca、R123、R601、R11、R

3、141b和R113八種不同有機工質(zhì)進行熱力性能實驗，研究發(fā)現(xiàn)不同工質(zhì)循環(huán)的熱力性能不同，以R123為運行工質(zhì)的循環(huán)熱效率最大，受到工質(zhì)臨界溫度和蒸發(fā)器窄點溫差的約束，不同工質(zhì)的最大蒸發(fā)溫度不同。循環(huán)熱效率隨著蒸發(fā)溫度的升高而增大，提高冷凝器的冷凝效果可以提高循環(huán)熱效率。實驗結(jié)果符合作者所在實驗室提出的臨界溫度工質(zhì)篩選準則，并用積分溫差的概念進一步解釋了臨界溫度和循環(huán)熱效率的關(guān)系。
　　在模型構(gòu)建方面，本文充分吸收了全生命周期評價方

4、法“從搖籃到墳墓”的環(huán)境影響負荷理論，將熱源根據(jù)工況條件分為固定參數(shù)熱源和波動參數(shù)熱源兩類，以循環(huán)輸出凈功、(炯)效率、投資回收期和環(huán)境影響負荷作為目標函數(shù)，以蒸發(fā)溫度和冷凝溫度作為決策變量，最大化循環(huán)輸出凈功和(炯)效率，最小化投資回收期和環(huán)境影響負荷，從熱力性能、經(jīng)濟性能和環(huán)境性能三個方面構(gòu)建了確定性多目標優(yōu)化模型和不確定性多目標優(yōu)化模型兩類多目標優(yōu)化模型。采用智能優(yōu)化算法遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法相結(jié)合的算法分別對兩類模型進行了

5、求解，并對最優(yōu)化結(jié)果進行比較分析。研究發(fā)現(xiàn)，一是熱源參數(shù)波動較大時，確定性優(yōu)化的系統(tǒng)性能波動明顯大于不確定性優(yōu)化的系統(tǒng)性能，不確定性優(yōu)化后的系統(tǒng)性能更加穩(wěn)定，可以降低對系統(tǒng)設(shè)備的要求;二是將熱源參數(shù)不確定性變化引入循環(huán)優(yōu)化設(shè)計中，不再需要對熱源參數(shù)的變化進行系統(tǒng)敏感性分析，簡化了優(yōu)化設(shè)計過程。
　　利用此優(yōu)化模型，本文將有機朗肯循環(huán)引入我國應(yīng)用規(guī)模最為普遍的4000噸/天的新型干法水泥生產(chǎn)線余熱回收領(lǐng)域，以水泥生產(chǎn)線的窯頭冷卻機2

6、20℃的余熱作為有機朗肯循環(huán)的熱源，選取五種不同有機工質(zhì)hexane、isohexane、R601、R123和R245fa作為循環(huán)的運行工質(zhì)，對耦合熱源條件的循環(huán)進行優(yōu)化設(shè)計，使用凈現(xiàn)值和投資回收期對聯(lián)合應(yīng)用的經(jīng)濟性能進行了評估，使用全生命周期評價方法對聯(lián)合應(yīng)用系統(tǒng)進行了環(huán)境性能評價。研究發(fā)現(xiàn)，水泥工業(yè)余熱利用中引入此種優(yōu)化的有機朗肯循環(huán)完全可行，可高效的回收余熱，有效提升能源效率。且五種工質(zhì)中，R601作為運行工質(zhì)的循環(huán)有最好的經(jīng)濟性