低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)及系統(tǒng)優(yōu)化.pdf

1、能源是推動(dòng)人類社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步的動(dòng)力。我國(guó)是能源消費(fèi)大國(guó)，但是，由于科學(xué)技術(shù)水平不高導(dǎo)致我國(guó)能源利用效率不高，大量的低品位余熱被直接排放到環(huán)境中，不僅造成了能源浪費(fèi)，也給環(huán)境帶來(lái)了破壞。有機(jī)朗肯循環(huán)（Organic Rankine Cycle，ORC）發(fā)電技術(shù)，可以將低品位余熱轉(zhuǎn)換為使用方便、輸送靈活的高品位電能，是提高能源回收利用效率同時(shí)也降低環(huán)境污染的有效途徑；由于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)以及廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景，已經(jīng)成為“節(jié)能減排”領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)

2、課題之一。
　　基于前人關(guān)于ORC發(fā)電技術(shù)的相關(guān)研究，本文建立了低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)模型，并采用EES（Engineering Equation Solver）軟件編程對(duì)低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真計(jì)算。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究，并獲得了相關(guān)結(jié)論：
　　1.低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)的性能分析和熱力優(yōu)化研究。本文從ORC系統(tǒng)的熱力完善性、技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性等4個(gè)角度出發(fā)，選取了4個(gè)關(guān)鍵性能參數(shù)

3、作為ORC系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)；并在此基礎(chǔ)上提出了一種基于多目標(biāo)優(yōu)化的ORC系統(tǒng)綜合性能評(píng)價(jià)方法。本文采用該方法研究了ORC系統(tǒng)的主要熱力循環(huán)參數(shù)對(duì)ORC系統(tǒng)性能的影響。研究表明：以單一性能參數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)計(jì)算的結(jié)果往往存在一定的偏差，難以兼顧到ORC系統(tǒng)整體的綜合性能；通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化研究發(fā)現(xiàn)，ORC系統(tǒng)綜合性能指標(biāo)受蒸發(fā)參數(shù)的影響較大，隨著蒸發(fā)參數(shù)的提高先增加后減??；而冷凝溫度、換熱窄點(diǎn)溫差、過(guò)熱度和過(guò)冷度等熱力參數(shù)均存在較大的可取值

4、范圍，使ORC系統(tǒng)的綜合性能基本不受其影響；此外，本文還提出通過(guò)多目標(biāo)優(yōu)化的循環(huán)迭代計(jì)算，可以獲得低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)的最優(yōu)熱力參數(shù)，使得ORC系統(tǒng)綜合性能在某特定熱源條件下取得最優(yōu)。
　　2.余熱溫度的波動(dòng)變化以及增加回?zé)崞鲗?duì)ORC系統(tǒng)性能影響規(guī)律的研究。由于實(shí)際生產(chǎn)工藝的需求，余熱溫度往往波動(dòng)變化，因此本文針對(duì)余熱溫度波動(dòng)對(duì)ORC系統(tǒng)性能的影響規(guī)律進(jìn)行了研究；研究表明：余熱資源的能級(jí)越高，采用ORC系統(tǒng)回收利用余熱資源的效

5、果就越好，因而品位較高的余熱資源應(yīng)優(yōu)先被回收利用；經(jīng)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，ORC系統(tǒng)在理想最佳工況下的能量回收效果要優(yōu)于實(shí)際運(yùn)行工況，并且隨著余熱溫度波動(dòng)幅度的擴(kuò)大，兩種工況下系統(tǒng)的性能差異也越來(lái)越大。另外，為探究增加回?zé)崞鲗?duì)ORC系統(tǒng)性能的影響規(guī)律，本文對(duì)有/無(wú)回?zé)崞鬟@兩種情況進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：在ORC系統(tǒng)中增加回?zé)崞?，有利于系統(tǒng)部分性能的提高，但并非系統(tǒng)的所有性能都能得到改善；在確保熱效率相同的條件下，增加回?zé)崞骱?，ORC系統(tǒng)中由于

6、蒸發(fā)壓力減小可以降低設(shè)備及管道對(duì)強(qiáng)度和密封性等方面的要求；但在權(quán)衡考量ORC系統(tǒng)的技術(shù)性、熱力完善性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性之后發(fā)現(xiàn)，增加回?zé)崞骱?，ORC系統(tǒng)的綜合性能略有下降；可見，從ORC系統(tǒng)綜合性能的角度考慮，增加回?zé)崞鞑⒎荗RC系統(tǒng)性能優(yōu)化的必然選擇。
　　3.低品位余熱ORC發(fā)電系統(tǒng)中蒸發(fā)器熱經(jīng)濟(jì)性的研究。蒸發(fā)器是ORC系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，研究其熱經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于整個(gè)ORC系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性的提高和改善具有十分重要的意義。本文以?理論為基礎(chǔ)

7、，考慮了蒸發(fā)器全壽命周期內(nèi)發(fā)生的費(fèi)用，考慮了資金的時(shí)間價(jià)值以及熱?價(jià)與流動(dòng)?價(jià)之間的不等價(jià)性，建立了以年凈收益NPV為評(píng)價(jià)指標(biāo)的蒸發(fā)器熱經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)模型?；谠撃Ｐ偷难芯勘砻鳎簝H以?回收量為評(píng)價(jià)指標(biāo)有可能會(huì)造成余熱回收項(xiàng)目在技術(shù)上可行但經(jīng)濟(jì)上不合理的窘?jīng)r；當(dāng)換熱面積、有機(jī)工質(zhì)流量以及流量比三者實(shí)現(xiàn)最佳匹配時(shí)，ORC系統(tǒng)的余熱回收收益可以達(dá)到最高峰值；ORC系統(tǒng)工作時(shí)的流量比應(yīng)被控制在稍大于最佳流量比值的范圍內(nèi)，以避免由于工況的波動(dòng)變化導(dǎo)致