低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)的性能評價及系統(tǒng)優(yōu)化.pdf

1、能源是推動人類社會發(fā)展和進步的動力。我國是能源消費大國，但是，由于科學技術水平不高導致我國能源利用效率不高，大量的低品位余熱被直接排放到環(huán)境中，不僅造成了能源浪費，也給環(huán)境帶來了破壞。有機朗肯循環(huán)（Organic Rankine Cycle，ORC）發(fā)電技術，可以將低品位余熱轉(zhuǎn)換為使用方便、輸送靈活的高品位電能，是提高能源回收利用效率同時也降低環(huán)境污染的有效途徑；由于其獨特的優(yōu)勢以及廣闊的市場應用前景，已經(jīng)成為“節(jié)能減排”領域研究的熱點

2、課題之一。
　　基于前人關于ORC發(fā)電技術的相關研究，本文建立了低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)模型，并采用EES（Engineering Equation Solver）軟件編程對低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)模型進行仿真計算。在此基礎上，本文進行了以下幾個方面的研究，并獲得了相關結(jié)論：
　　1.低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)的性能分析和熱力優(yōu)化研究。本文從ORC系統(tǒng)的熱力完善性、技術性、經(jīng)濟性以及環(huán)保性等4個角度出發(fā)，選取了4個關鍵性能參數(shù)

3、作為ORC系統(tǒng)的性能評價指標；并在此基礎上提出了一種基于多目標優(yōu)化的ORC系統(tǒng)綜合性能評價方法。本文采用該方法研究了ORC系統(tǒng)的主要熱力循環(huán)參數(shù)對ORC系統(tǒng)性能的影響。研究表明：以單一性能參數(shù)為優(yōu)化目標函數(shù)計算的結(jié)果往往存在一定的偏差，難以兼顧到ORC系統(tǒng)整體的綜合性能；通過多目標優(yōu)化研究發(fā)現(xiàn)，ORC系統(tǒng)綜合性能指標受蒸發(fā)參數(shù)的影響較大，隨著蒸發(fā)參數(shù)的提高先增加后減??；而冷凝溫度、換熱窄點溫差、過熱度和過冷度等熱力參數(shù)均存在較大的可取值

4、范圍，使ORC系統(tǒng)的綜合性能基本不受其影響；此外，本文還提出通過多目標優(yōu)化的循環(huán)迭代計算，可以獲得低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)的最優(yōu)熱力參數(shù)，使得ORC系統(tǒng)綜合性能在某特定熱源條件下取得最優(yōu)。
　　2.余熱溫度的波動變化以及增加回熱器對ORC系統(tǒng)性能影響規(guī)律的研究。由于實際生產(chǎn)工藝的需求，余熱溫度往往波動變化，因此本文針對余熱溫度波動對ORC系統(tǒng)性能的影響規(guī)律進行了研究；研究表明：余熱資源的能級越高，采用ORC系統(tǒng)回收利用余熱資源的效

5、果就越好，因而品位較高的余熱資源應優(yōu)先被回收利用；經(jīng)對比研究發(fā)現(xiàn)，ORC系統(tǒng)在理想最佳工況下的能量回收效果要優(yōu)于實際運行工況，并且隨著余熱溫度波動幅度的擴大，兩種工況下系統(tǒng)的性能差異也越來越大。另外，為探究增加回熱器對ORC系統(tǒng)性能的影響規(guī)律，本文對有/無回熱器這兩種情況進行了研究，研究結(jié)果表明：在ORC系統(tǒng)中增加回熱器，有利于系統(tǒng)部分性能的提高，但并非系統(tǒng)的所有性能都能得到改善；在確保熱效率相同的條件下，增加回熱器后，ORC系統(tǒng)中由于

6、蒸發(fā)壓力減小可以降低設備及管道對強度和密封性等方面的要求；但在權衡考量ORC系統(tǒng)的技術性、熱力完善性、經(jīng)濟性以及環(huán)保性之后發(fā)現(xiàn)，增加回熱器后，ORC系統(tǒng)的綜合性能略有下降；可見，從ORC系統(tǒng)綜合性能的角度考慮，增加回熱器并非ORC系統(tǒng)性能優(yōu)化的必然選擇。
　　3.低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)中蒸發(fā)器熱經(jīng)濟性的研究。蒸發(fā)器是ORC系統(tǒng)的關鍵設備，研究其熱經(jīng)濟性，對于整個ORC系統(tǒng)熱經(jīng)濟性的提高和改善具有十分重要的意義。本文以?理論為基礎

7、，考慮了蒸發(fā)器全壽命周期內(nèi)發(fā)生的費用，考慮了資金的時間價值以及熱?價與流動?價之間的不等價性，建立了以年凈收益NPV為評價指標的蒸發(fā)器熱經(jīng)濟性評價模型?；谠撃Ｐ偷难芯勘砻鳎簝H以?回收量為評價指標有可能會造成余熱回收項目在技術上可行但經(jīng)濟上不合理的窘?jīng)r；當換熱面積、有機工質(zhì)流量以及流量比三者實現(xiàn)最佳匹配時，ORC系統(tǒng)的余熱回收收益可以達到最高峰值；ORC系統(tǒng)工作時的流量比應被控制在稍大于最佳流量比值的范圍內(nèi)，以避免由于工況的波動變化導致