基于氣液分離的非共沸有機朗肯循環(huán)流程設計及熱-經濟分析優(yōu)化.pdf

1、有機朗肯循環(huán)（ORC）發(fā)電技術是回收余熱和利用地熱能、太陽能的最具推廣前景技術之一。然而由于熱源溫度不高，ORC的熱效率較低（通常10％左右），單位投資成本比高，因此提高ORC效率、降低發(fā)電成本是當前ORC亟需解決的關鍵問題，本文將圍繞該關鍵問題開展新型流程設計、ORC的匹配、設備及系統(tǒng)的熱經濟分析優(yōu)化開展研究。
　　首先，本文基于氣液分離冷凝思想，提出利用分液器在冷凝過程中實現氣液分離，以降低冷凝過程的壓降和提高冷凝換熱系數，從

2、而節(jié)省冷凝器面積，降低系統(tǒng)的成本。提出基于氣液分離思想的板式分液冷凝器并應用于非共沸 ORC中，建立設備熱-經濟模型和系統(tǒng)熱-經濟分析優(yōu)化模型，以比發(fā)電成本最小為目標，采用遺傳算法進行優(yōu)化。以R245fa/pentane為工質分析對比了純工質基本ORC、非共沸工質基本ORC和基于分液冷凝的 ORC，并對分液冷凝 ORC進行了操作參數和換熱設備結構參數同步優(yōu)化。結果表明，分液冷凝非共沸ORC無論在發(fā)電量還是發(fā)電成本上均優(yōu)于基本非共沸ORC

3、和純工質ORC。
　　然后，提出了一種雙級蒸發(fā)非共沸 ORC，通過在蒸發(fā)過程進行氣液分離，氣相進入膨脹機，液相在工質泵中增壓進入第二級蒸發(fā)器繼續(xù)吸熱蒸發(fā)，然后進入膨脹機，該多級蒸發(fā)可以進一步提高非共沸工質溫度滑移，實現與熱源更好地匹配。建立該雙級蒸發(fā) ORC的熱力學模型并利用遺傳算法進行熱力學優(yōu)化。對比基本非共沸 ORC，雙級蒸發(fā)非共沸ORC的凈輸出功提高14.1~17.2%，而對比純工質的雙級蒸發(fā)ORC，凈輸出功提高5.3~7.

4、8%。同時，對多種二元非共沸工質的比較發(fā)現，在相同的系統(tǒng)中，不同非共沸工質之間差別不大。
　　最后，集成氣液分離冷凝和多級蒸發(fā)思想，提出了分液冷凝-多級蒸發(fā)非共沸ORC，依據不同的多級蒸發(fā)過程提出了多種循環(huán)結構，建立了新型循環(huán)的熱-經濟性分析和多目標優(yōu)化模型，采用NSGA-Ⅱ多目標遺傳算法求解多目標優(yōu)化模型。結果表明在基本ORC、雙級蒸發(fā)ORC、分液冷凝-雙級蒸發(fā)ORC、串聯雙級蒸發(fā)ORC上，非共沸工質的表現要優(yōu)于純工質，在同等比