不同熱源條件與模式下ORC熱經(jīng)濟(jì)性能的比較研究.pdf

1、本課題主要研究了亞臨界有機(jī)朗肯循環(huán)（亞臨界 ORC）的外部熱源條件及不同熱源條件下亞臨界ORC與跨臨界有機(jī)朗肯循環(huán)（跨臨界ORC）或溴化鋰吸收式制冷熱經(jīng)濟(jì)性能的比較。
　　對(duì)于亞臨界ORC，首先從熱經(jīng)濟(jì)學(xué)角度出發(fā)討論了系統(tǒng)凈輸出功（Wnet），系統(tǒng)火用效率（ηex）及系統(tǒng)平準(zhǔn)化電能成本（LEC）隨煙氣出口溫度的變化?？紤]到低溫?zé)煔庥酂岬母g性作用，分析了亞臨界ORC低溫?zé)煔庥酂崂弥泄潭煔獬隹跍囟葹槠渥畹驮试S排煙溫度的合理性與必

2、要性。另外，基于亞臨界ORC工質(zhì)蒸發(fā)壓力需低于其臨界壓力的熱力學(xué)限制條件及合理的ORC系統(tǒng)的系統(tǒng)凈收益應(yīng)為非負(fù)的經(jīng)濟(jì)學(xué)限制條件，研究了亞臨界ORC系統(tǒng)不同工質(zhì)所能利用的熱源條件，包括最大熱源進(jìn)口溫度（Tgi,max），最小熱源進(jìn)口溫度（Tgi,min）及最小熱源質(zhì)量流量（mg,min）。隨后，對(duì)亞臨界ORC性能指標(biāo)（包括無量綱凈輸出功αWnet、ηex及年度化單位投資凈收益NBI）與熱源條件（無量綱煙氣進(jìn)口溫度αTgi和無量綱煙氣質(zhì)量流

3、量αmg）之間進(jìn)行了關(guān)聯(lián)式擬合。結(jié)果表明，對(duì)于Wnet和LEC，存在最佳煙氣出口溫度（Tgo,opt），對(duì)于ηex，在所研究的煙氣出口溫度范圍內(nèi)沒有出現(xiàn)Tgo,opt。如果系統(tǒng)以Wnet和LEC為主要目標(biāo)，在蒸發(fā)器夾點(diǎn)溫差低于20 K的情況下，將煙氣出口溫度固定為其最低允許排煙溫度是合理的。另外，不論純工質(zhì)或非共沸混合工質(zhì)，工質(zhì)可利用的Tgi,max隨其臨界溫度（Tcr）的增大線性增加。對(duì)于純工質(zhì)，其可利用的Tgi,min受Tcr的影響

4、較小，對(duì)于非共沸混合工質(zhì)，其可利用的Tgi,min隨Tcr的增大先減小后增大。不論純工質(zhì)或非共沸混合工質(zhì)，隨著煙氣質(zhì)量流量（mg）的增加，各工質(zhì)所能利用的熱源溫度區(qū)間明顯擴(kuò)大，且各工質(zhì)的mg,min隨熱源溫度的增加急劇降低。αWnet、ηex和NBI隨αTgi的增加分別呈二次函數(shù)、冪函數(shù)及線性函數(shù)形式增大，且NBI隨αmg的增加呈冪函數(shù)形式增大。
　　對(duì)于亞臨界ORC與跨臨界ORC的比較性研究，仍是以Wnet，ηex及LEC為性能

5、評(píng)價(jià)指標(biāo)。首先基于性能尋優(yōu)原則，對(duì)滿足夾點(diǎn)溫差要求的跨臨界ORC中膨脹機(jī)進(jìn)口溫度和壓力進(jìn)行分析和確定，隨后基于固定的煙氣出口溫度，對(duì)不同煙氣進(jìn)口溫度下以R601為工質(zhì)的亞臨界ORC和以R134a為工質(zhì)的跨臨界ORC的熱經(jīng)濟(jì)性能進(jìn)行比較研究。結(jié)果表明：當(dāng)跨臨界ORC蒸發(fā)器夾點(diǎn)溫差位于工質(zhì)進(jìn)出口之間時(shí)，滿足夾點(diǎn)溫差要求的膨脹機(jī)進(jìn)口壓力越小越好；當(dāng)跨臨界ORC蒸發(fā)器夾點(diǎn)溫差位于工質(zhì)出口處時(shí)，存在最佳膨脹機(jī)進(jìn)口壓力。無論對(duì)亞臨界ORC還是跨臨界

6、ORC，隨著熱源溫度（Tgi）的升高，Wnet均升高，LEC均降低；對(duì)于亞臨界ORC，ηex隨Tgi的升高單調(diào)增加，而對(duì)于跨臨界ORC，ηex隨Tgi的升高先增加后減?。ɑ虮３植蛔儯４送?，對(duì)于Wnet及ηex，存在一個(gè)熱源溫度區(qū)間，使跨臨界ORC優(yōu)于亞臨界ORC，并且隨著夾點(diǎn)溫差的增大，該熱源溫度區(qū)間擴(kuò)大；對(duì)于LEC，亞臨界ORC始終優(yōu)于跨臨界ORC。
　　最后，從經(jīng)濟(jì)學(xué)層面出發(fā)并結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)亞臨界ORC余熱發(fā)電和溴化鋰吸收

7、式余熱制冷進(jìn)行了分析比較。結(jié)果表明，在任意Tgi、mg及當(dāng)?shù)仉妰r(jià)或冷價(jià)（Se或Sc）下，混合工質(zhì)亞臨界ORC和制冷循環(huán)均優(yōu)于純工質(zhì)亞臨界ORC。存在臨界Tgi（Tgi,cr）、臨界mg（mg,cr）及臨界Se（Se,cr）使混合工質(zhì)亞臨界ORC和余熱制冷循環(huán)的經(jīng)濟(jì)效益相同。若Tgi（或mg或Se）低于Tgi,cr（或mg,cr或Se,cr），優(yōu)選制冷循環(huán)，反之，優(yōu)選混合工質(zhì)亞臨界ORC，且Tgi,cr、mg,cr及S電,cr均隨Sc與S