混合有機工質(zhì)亞臨界朗肯循環(huán)系統(tǒng)性能分析與熱經(jīng)濟優(yōu)化.pdf

1、能源緊缺和環(huán)境污染問題日益突出,將低品位熱能轉(zhuǎn)換為電能是當(dāng)前提高能源利用率、降低環(huán)境污染的有效途徑。有機朗肯循環(huán)技術(shù)(organic Rankine cycle, ORC)在利用低品位熱能發(fā)電方面有著明顯的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景,已成為低品位熱能高效回收利用技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。
　　由于混合工質(zhì)的不等溫相變特性可以使工質(zhì)的溫變過程很好地與冷熱源的吸放熱過程相匹配,從而減小換熱器內(nèi)的不可逆損失,提高系統(tǒng)熱效率,因此,近年來混合有機工質(zhì)

2、ORC系統(tǒng)逐漸引起了學(xué)術(shù)界的關(guān)注。
　　本文以回收工業(yè)鍋爐低溫?zé)煔庥酂岬幕旌瞎べ|(zhì)亞臨界有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)為研究對象,進行了從部件到系統(tǒng)、從熱力學(xué)性能分析到熱經(jīng)濟性能對比、從內(nèi)部參數(shù)的優(yōu)化到外部參數(shù)的影響等多方面的深入研究。
　　(1)針對混合工質(zhì)的蒸發(fā)和冷凝過程,以熱力學(xué)第一和第二定律為基礎(chǔ),進行了不可逆性分析和熱經(jīng)濟優(yōu)化。結(jié)果表明,蒸發(fā)器和冷凝器均存在使單位換熱量總費用最小的最優(yōu)傳熱單元數(shù)和熱容量比。對于蒸發(fā)器,最優(yōu)傳熱單元

3、數(shù)隨進口溫度比的增大而增大,最優(yōu)熱容量比的變化與傳熱單元數(shù)的變化趨勢相反。對于冷凝器,最優(yōu)傳熱單元數(shù)隨進口溫度比的增大而增大,隨泡-露點溫度比的增大而減小;最優(yōu)熱容量比隨進口溫度比和泡-露點溫度比的變化與最優(yōu)傳熱單元數(shù)的變化趨勢相反。三種流型中,逆流式換熱器的單位換熱量總費用最小,順流最大。
　　(2)對純工質(zhì)和混合工質(zhì) ORC系統(tǒng)進行了熱力學(xué)性能分析,并在三種冷凝限制條件下,對不同成分及配比的混合物工質(zhì)亞臨界ORC系統(tǒng)進行了比較

4、分析。結(jié)果表明,混合工質(zhì)成分對ORC系統(tǒng)性能有重要影響,且系統(tǒng)性能與混合工質(zhì)相變過程的溫度滑移大小有關(guān)。給定冷凝露點溫度時,混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)凈輸出功大于純工質(zhì)系統(tǒng),且相變滑移溫度越大,系統(tǒng)凈輸出功越大;給定冷凝泡點溫度時,純工質(zhì) ORC系統(tǒng)凈輸出功比混合工質(zhì)系統(tǒng)大;給定冷凝壓力時,混合工質(zhì) ORC系統(tǒng)凈輸出功介于兩種純工質(zhì)系統(tǒng)之間。
　　(3)以系統(tǒng)發(fā)電成本(electricity production cost, EPC)為評

5、價指標(biāo),分析了蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、蒸發(fā)器和冷凝器節(jié)點溫差對系統(tǒng)性能的影響,并對不同成分的混合物工質(zhì)ORC系統(tǒng)進行了參數(shù)優(yōu)化;討論了冷熱源溫度和流量、膨脹機和泵的等熵效率、蒸發(fā)和冷凝傳熱系數(shù)等對優(yōu)化結(jié)果的影響。結(jié)果表明,不同工質(zhì)ORC系統(tǒng)的最優(yōu)蒸發(fā)泡點溫度各不相同,工質(zhì)相變滑移溫度越大,最優(yōu)蒸發(fā)泡點溫度越低;各工質(zhì)系統(tǒng)最優(yōu)蒸發(fā)器節(jié)點溫差都在(7-10)℃范圍內(nèi);最優(yōu)冷凝露點溫度和冷凝器節(jié)點溫差隨工質(zhì)成分的變化與工質(zhì)相變溫度滑移的變化規(guī)律一

6、致,且冷凝平均溫度均在40℃左右。隨煙氣質(zhì)量流量和進口溫度的增大,系統(tǒng)最優(yōu)蒸發(fā)溫度和冷凝溫度均增加,蒸發(fā)器節(jié)點溫差也增大,而冷凝器節(jié)點溫差變化較小;隨冷卻空氣流量增大,最優(yōu)蒸發(fā)溫度和冷凝溫度均減小,蒸發(fā)器節(jié)點溫差變化較小,而冷凝器節(jié)點溫差增大;膨脹機和循環(huán)泵等熵效率對最優(yōu)參數(shù)幾乎沒有影響;隨蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的增加,最優(yōu)蒸發(fā)溫度和冷凝溫度均增加,最優(yōu)蒸發(fā)器節(jié)點溫差減小,最優(yōu)冷凝器節(jié)點溫差增大;各參數(shù)隨冷凝器傳熱系數(shù)的變化與隨蒸發(fā)器傳熱系數(shù)的