分液冷凝設備-有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化.pdf

1、隨著能源需求的不斷增長和能源價格的持續(xù)增加，能源短缺和環(huán)境污染問題成為了全世界關注的焦點。而自然界中蘊含總量巨大的工業(yè)余熱和中低溫可再生能源未能得到有效利用，有機朗肯循環(huán)（ORC）技術被認為是最具推廣潛力的中低溫熱能發(fā)電技術，然而由于熱源溫位低，相比傳統(tǒng)高溫熱源發(fā)電系統(tǒng)，ORC效率低、單位投資費用高。因此，提高 ORC系統(tǒng)效率、降低發(fā)電成本是當前中低溫熱源驅動 ORC亟需解決的問題。本文以 ORC回收工業(yè)余熱為背景，從ORC核心換熱設備

2、出發(fā)，提出基于分液冷凝器（LSC）的ORC系統(tǒng)，研究LSC的優(yōu)化設計方法，建立換熱設備與ORC系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化數學模型，開發(fā)求解策略，并進行案例驗證。
　　首先，建立了基于LSC的ORC系統(tǒng)熱力學分析模型，針對LSC的特點，提出了 LSC管程排列、管內外結構參數的同步優(yōu)化建模方法，其中工質物性參數通過Refprop9.0擬合并驗證。
　　然后，詳細闡述了 LSC的分液機理和強化換熱機制并建立了 LSC管程分布和幾何結構同步優(yōu)化模

3、型，基于實驗數據驗證了LSC管內換熱和壓降關聯(lián)式；建立基于材料購買成本和運行成本的經濟模型，開發(fā)基于確定性數學規(guī)劃算法的求解策略。通過兩個案例分析表明， LSC的管程分布優(yōu)化、管-翅結構類型優(yōu)化、管長和翅片數優(yōu)化對降低LSC總成本有明顯效果。
　　此外，建立了換熱設備-LSC結構參數和系統(tǒng)運行參數同步優(yōu)化的數學模型，以度電成本（EPC）最小為目標，在LSC模型求解算法的基礎上開發(fā)了ORC系統(tǒng)優(yōu)化求解算法。通過案例計算得到了EPC最

4、小的設計方案，并與分步優(yōu)化結果和基于平行流冷凝器（PFC）的ORC優(yōu)化結果進行了對比；分析了各設備在ORC中的重要性，分析了LSC結構參數對優(yōu)化結果的影響規(guī)律。
　　最后，提出了環(huán)境影響和熱經濟性能權衡優(yōu)化的方法，建立了基于生命周期評價（LCA）的ORC系統(tǒng)在全生命周期內的環(huán)境影響模型，并將 LCA集成到 ORC系統(tǒng)設計當中。建立多目標優(yōu)化的 MINLP模型用于同時優(yōu)化系統(tǒng)運行參數和設備結構參數。案例分析得到各目標對應單目標最優(yōu)解