ORC發(fā)電裝置穩(wěn)態(tài)建模及變工況性能研究.pdf

1、為提高能源利用率，國家提出了―十三五‖節(jié)能環(huán)保發(fā)展規(guī)劃，積極鼓勵余熱能源的開發(fā)與利用。作為國內(nèi)新興熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，有機朗肯循環(huán)（簡稱ORC）發(fā)電系統(tǒng)具有利用熱源溫度低、系統(tǒng)工作壓力低、系統(tǒng)占地空間小、較好的適應(yīng)性及高效環(huán)保等優(yōu)點，目前已成為國內(nèi)余熱回收領(lǐng)域研究的熱點。
　　ORC低溫余熱發(fā)電裝置的研究在國內(nèi)起步較晚，多以系統(tǒng)部件為研究對象，以理論研究為主，100kW以上級別的研發(fā)樣機較少。為了對接近工程應(yīng)用的高功率發(fā)電裝置系統(tǒng)性能進

2、行深入分析，模擬并預(yù)測裝置變工況時運行情況，本文對300kW級別的ORC低溫余熱發(fā)電裝置穩(wěn)態(tài)建模并仿真，在變工況下對其性能進行分析。
　　首先，根據(jù)給定的熱源條件，從工業(yè)常用制冷劑中進行初步篩選，確定四種工質(zhì)。通過建立簡單系統(tǒng)模型，分別對四種工質(zhì)的系統(tǒng)內(nèi)蒸發(fā)器出口溫度、冷凝器出口溫度與系統(tǒng)效率關(guān)系進行分析，結(jié)合四種工質(zhì)的實際應(yīng)用情況，考慮透平設(shè)計、使用安全性及經(jīng)濟性等因素，最后確定R134a最為滿足本樣機的熱源條件及裝置運行條件。

3、
　　其次，對 ORC低溫余熱發(fā)電裝置進行從工程到理論的模型轉(zhuǎn)化，合理假設(shè)邊界條件并簡化模型，利用Matlab軟件編程，分別采用移動邊界法、多項式擬合等方法對系統(tǒng)各部件進行穩(wěn)態(tài)建模，以冷熱源及工質(zhì)泵頻率作為輸入條件，并考慮避免非常規(guī)工況的發(fā)生，將各部件模型有機結(jié)合。
　　最后，仿真并對比分析了多種變工況條件下系統(tǒng)熱力學(xué)參數(shù)的變化情況，在只改變熱源溫度或流量、只改變冷源溫度或流量及保持過熱度不變時熱源溫度伴隨工質(zhì)泵頻率同時上升

4、五種變工況條件下，研究熱負荷、冷負荷、蒸發(fā)器出口過熱度、液位、透平壓降、系統(tǒng)效率等性能參數(shù)變化情況。
　　仿真結(jié)果表明，熱源流量對系統(tǒng)效率影響大于冷源流量，熱源溫度隨工質(zhì)泵頻率一起升高的升負荷方式要比單純的提升熱源溫度對系統(tǒng)效率提升效果更好，而冷源溫度降低對提升系統(tǒng)性能的影響最為顯著，每降低1℃的冷源約升高0.2％的系統(tǒng)效率，比熱源溫度對系統(tǒng)效率的影響高出約10倍。研究成果豐富了國內(nèi)對于大發(fā)電功率下系統(tǒng)仿真模型研究的內(nèi)容，為樣機在