中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)的性能優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)構(gòu)建.pdf

1、我國(guó)中低品位余熱資源普遍存在且數(shù)量巨大，如果充分利用這部分資源，將有助于優(yōu)化我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，提高我國(guó)總體能源利用效率。有機(jī)朗肯循環(huán)(OrganicRanking Cycle，ORC)是一種新型余熱利用技術(shù)，可用于各種類(lèi)型中低品位余熱的利用，具有效率高、投資少、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在中低品位余熱資源利用過(guò)程中起到重要作用。本文將圍繞中低溫余熱利用ORC系統(tǒng)進(jìn)行理論研究，并開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的構(gòu)建工作，主要的研究工作如下:
　　基于熱力學(xué)

2、第一定律和熱力學(xué)第二定律，在MATLAB環(huán)境下，建立中低溫余熱利用ORC系統(tǒng)組件模型與評(píng)價(jià)模型，提出該系統(tǒng)有機(jī)工質(zhì)的選取原則，探討有機(jī)工質(zhì)的干濕特性。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)中低溫?zé)嵩捶纸M對(duì)比11種有機(jī)工質(zhì)的熱力學(xué)性能。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在低溫和中溫?zé)嵩礂l件下，工質(zhì)R245fa和工質(zhì)R113的熱力學(xué)性能優(yōu)于其他有機(jī)工質(zhì)。此外，在該系統(tǒng)模型下，針對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵工作參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行敏感性分析。分析結(jié)果表明:蒸發(fā)溫度、過(guò)熱度和冷凝溫度對(duì)提高系統(tǒng)性能的影響

3、比較大，而過(guò)冷度的影響不大。
　　開(kāi)展中低溫余熱利用ORC系統(tǒng)的優(yōu)化研究。采用遺傳算法在MATLAB環(huán)境下編制計(jì)算程序，對(duì)ORC系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，得出系統(tǒng)在循環(huán)過(guò)程中的最佳工作參數(shù)組合和對(duì)應(yīng)的最大熱效率。同時(shí)，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面綜合考慮，構(gòu)建系統(tǒng)性能的多目標(biāo)優(yōu)化模型，利用NSGA-Ⅱ算法實(shí)現(xiàn)對(duì)ORC系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化，獲得Pareto最優(yōu)解集，并采用理想點(diǎn)輔助法選取優(yōu)化最佳解。此外，從ORC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對(duì)比分析有回?zé)酧R

4、C系統(tǒng)和無(wú)回?zé)酧RC系統(tǒng)，認(rèn)為增加回?zé)崞餮b置對(duì)提高系統(tǒng)熱力性能是有利的。
　　在國(guó)內(nèi)成功搭建熱源溫度范圍為80℃～400℃的多工質(zhì)ORC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。在完成實(shí)驗(yàn)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)系統(tǒng)主要設(shè)備進(jìn)行選型與設(shè)計(jì)計(jì)算，并建立實(shí)驗(yàn)平臺(tái)參數(shù)測(cè)量與控制系統(tǒng)，完成中低溫余熱利用ORC實(shí)驗(yàn)平臺(tái)整體的構(gòu)建。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由工質(zhì)循環(huán)回路、熱源回路以及冷源回路三個(gè)部分組成，可用于多種工質(zhì)的實(shí)驗(yàn)研究，以中低溫?zé)煔庾鳛闊嵩?，以常溫冷卻水作為冷源，并采用