考慮環(huán)境影響的低溫余熱ORC系統(tǒng)優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，能源短缺和全球性環(huán)境問題日益突出，我國擁有豐富的低品位熱能如工業(yè)余熱、地?zé)崮?、太陽能等，將低品位熱能轉(zhuǎn)化為電能是提高能源利用率、減少環(huán)境污染的有效措施。在諸多低品位熱能開發(fā)利用的途徑中，有機(jī)朗肯循環(huán)（Organic Rankine Cycle，ORC）由于設(shè)備簡單、應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，日益獲得人們越來越多的關(guān)注，成為了目前低品位熱能開發(fā)利用研究的重點(diǎn)。
　　與常規(guī)的火電廠使用水為工質(zhì)不同，應(yīng)用于ORC系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)具有一定

2、的GWP、ODP等環(huán)境潛值，都將對環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，無論ORC設(shè)備密封做的有多好，使用的有機(jī)工質(zhì)終將有部分會(huì)擴(kuò)散到大氣中，所以在其生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中都可能對環(huán)境造成一定的污染，ORC系統(tǒng)運(yùn)行過程中工質(zhì)的泄漏必將加劇全球變暖、臭氧層的破壞，目前，對ORC系統(tǒng)的評(píng)價(jià)多集中在熱效率、火用效率等熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)方面，相關(guān)文獻(xiàn)在選取工質(zhì)時(shí)雖然考慮了環(huán)境的影響，但都是定性而未定量地對工質(zhì)的環(huán)境影響進(jìn)行分析計(jì)算，也未將ORC系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境性能綜合起

3、來進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文在分析ORC系統(tǒng)的基本特性的基礎(chǔ)上，采用火用代價(jià)對有機(jī)工質(zhì)的環(huán)境影響進(jìn)行量化，建立了考慮環(huán)境影響的ORC系統(tǒng)火用平衡模型，并對同時(shí)考慮ORC系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性和工質(zhì)的環(huán)境因素的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行研究。
　　本文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　?、俨捎肙RC系統(tǒng)的環(huán)境影響火用代價(jià)對工質(zhì)的環(huán)境影響進(jìn)行了定量分析，建立了考慮環(huán)境影響的ORC系統(tǒng)火用平衡模型。此火用平衡模型綜合考慮了處理系統(tǒng)泄漏工質(zhì)的環(huán)境影響引起的功率消耗，即

4、從系統(tǒng)的凈輸出功率中扣除一部分功率用于處理ORC系統(tǒng)泄漏的工質(zhì)對環(huán)境造成的影響。
　?、诮⒘薕RC循環(huán)工質(zhì)泄漏模型，采用火用參數(shù)量化工質(zhì)的環(huán)境影響，對亞臨界ORC系統(tǒng)和跨臨界ORC系統(tǒng)環(huán)境影響火用代價(jià)進(jìn)行研究。
　?、坩槍δ壳癘RC系統(tǒng)研究未對有機(jī)工質(zhì)的環(huán)境影響定量分析的現(xiàn)狀，采用火用代價(jià)對有機(jī)工質(zhì)的環(huán)境影響進(jìn)行量化分析，提出了結(jié)合工質(zhì)環(huán)境影響和循環(huán)熱經(jīng)濟(jì)性能的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)“綜合環(huán)境影響火用效率”，并給出了計(jì)算關(guān)系式。通過

5、理論分析和實(shí)例研究驗(yàn)證了這個(gè)綜合指標(biāo)的合理性，并對比分析了工質(zhì)環(huán)境影響火用代價(jià)對亞臨界ORC系統(tǒng)和跨臨界循環(huán)系統(tǒng)火用效率的影響。工質(zhì)R123和R32的“綜合環(huán)境影響火用效率”較高，分別是亞臨界和跨臨界循環(huán)中性能最優(yōu)的工質(zhì)
　?、転榕c綜合考慮環(huán)境影響的ORC系統(tǒng)做對比分析，文章首先對未考慮工質(zhì)泄漏影響的亞臨界ORC系統(tǒng)和跨臨界ORC系統(tǒng)的基本特性進(jìn)行了研究。通過分析得到了系統(tǒng)熱力學(xué)性能隨膨脹機(jī)入口溫度和冷凝溫度變化的一般規(guī)律，并得到