中低溫余熱有機朗肯循環(huán)熱經(jīng)濟性優(yōu)化及實驗研究.pdf

1、目前，日益增大的能源需求和嚴重的環(huán)境污染，迫切要求改變能源結(jié)構(gòu)、節(jié)約利用傳統(tǒng)能源和優(yōu)化能源利用方式；同時，我國具有豐富的中低品位能源，如中低溫余熱能、太陽能和地熱能等。作為一項理論成熟的中低溫余熱回收技術(shù)，有機朗肯循環(huán)（Organic Rankine cycle,ORC）具有結(jié)構(gòu)簡單，效率高和環(huán)境友好等優(yōu)點。因此，利用有機朗肯循環(huán)高效回收中低品位余熱，對提高我國的能源利用率和改善環(huán)境問題具有重要的意義。
　　基于熱力學第一定律和第

2、二定律，構(gòu)建了ORC的熱力模型和經(jīng)濟模型，研究了系統(tǒng)運行參數(shù)對系統(tǒng)熱力性能和經(jīng)濟性能的敏感度，基于排序法下的最佳經(jīng)濟性能，優(yōu)選了適用于中低溫熱源的工質(zhì)。結(jié)果表明考慮最佳經(jīng)濟性能的情況下，R11、R123和 R245ca是比較適合于中低溫余熱的工質(zhì)；綜合考慮系統(tǒng)凈輸出功、熱效率和（火用）效率時，R142b和 R114被認為在確保最佳經(jīng)濟性能下的優(yōu)選工質(zhì)。
　　針對BORC(Basic organic Rankine cycle, B

3、ORC)和RORC(Regenerative organic rankine cycle, RORC)的熱力模型和經(jīng)濟模型，研究了五種系統(tǒng)運行參數(shù)對兩種循環(huán)的?效率和LEC(Levelized energy cost, LEC)的影響，并進行了基于最大?效率和最小LEC的雙目標優(yōu)化研究，進一步開展了最大?效率、最大凈輸出功和最小LEC的三目標優(yōu)化研究。結(jié)果表明，改善系統(tǒng)熱力性能會導致系統(tǒng)經(jīng)濟性能的惡化；通過對比雙目標與單目標優(yōu)化結(jié)果，發(fā)

4、現(xiàn)較高的（火用）效率和熱效率必定伴隨較低的凈輸出功和較差的經(jīng)濟性能；而較高經(jīng)濟性能可以保證較好的凈輸出功，然而（火用）效率和熱效率較低；雙目標優(yōu)化的帕累托最優(yōu)解中和了熱力性能和經(jīng)濟性能，因此，比較適合工程人員應用于工程決策問題。
　　根據(jù)泡點溫度和冷凝露點溫度位置不同，提出了混合工質(zhì)的四種工況，開展了四種工況的熱經(jīng)濟性分析，并進一步對比了純工質(zhì)和混合工質(zhì)的熱經(jīng)濟性。研究結(jié)果表明，相比于純工質(zhì)，混合工質(zhì)并不一定總是表現(xiàn)較好的熱力性能

5、和經(jīng)濟性能，主要取決于系統(tǒng)運行參數(shù)和混合工質(zhì)質(zhì)量分數(shù)；綜合考慮分別以最大（火用）效率和最小LEC的單目標優(yōu)化結(jié)果，混合工質(zhì)泡點溫度位于相變結(jié)束點，露點溫度位于相變起始點時，熱力性能和經(jīng)濟性能最佳；對比混合工質(zhì)和純工質(zhì)的帕累托最優(yōu)解發(fā)現(xiàn)，相比于純工質(zhì)，混合工質(zhì)表現(xiàn)出較好的熱力學性能和幾近同等的經(jīng)濟性能。
　　建立了雙 ORC的熱力模型，經(jīng)濟模型和環(huán)境評價模型，研究了頂部循環(huán)的蒸發(fā)溫度，過熱度，窄點溫差，冷凝溫度，以及底部循環(huán)的蒸發(fā)溫

6、度和冷凝溫度對系統(tǒng)性能的影響，討論了雙ORC循環(huán)基于熱力性能和經(jīng)濟性能的帕累托最優(yōu)解，進一步探討了雙ORC循環(huán)熱力性能、經(jīng)濟性能和環(huán)境性能的規(guī)律?；赥OPSIS工程決策法，分別得到了雙ORC熱經(jīng)濟性雙目標優(yōu)化和熱環(huán)境三目標優(yōu)化的帕累托最優(yōu)解。
　　基于3kW的中低溫有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，實驗測量分析了質(zhì)量流量，過熱度，膨脹機進口壓力和工質(zhì)泵進口壓力對系統(tǒng)組件運行特性及系統(tǒng)性能的影響。研究了運行參數(shù)的敏感度，并通過修正工質(zhì)泵和膨脹