基于氣液分離的非共沸有機(jī)朗肯循環(huán)流程設(shè)計(jì)及熱-經(jīng)濟(jì)分析優(yōu)化.pdf

1、有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）發(fā)電技術(shù)是回收余熱和利用地?zé)崮堋⑻?yáng)能的最具推廣前景技術(shù)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(dāng)前ORC亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題，本文將圍繞該關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展新型流程設(shè)計(jì)、ORC的匹配、設(shè)備及系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)分析優(yōu)化開(kāi)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(guò)程中實(shí)現(xiàn)氣液分離，以降低冷凝過(guò)程的壓降和提高冷凝換熱系數(shù)，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(yīng)用于非共沸 ORC中，建立設(shè)備熱-經(jīng)濟(jì)模型和系統(tǒng)熱-經(jīng)濟(jì)分析優(yōu)化模型，以比發(fā)電成本最小為目標(biāo)，采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化。以R245fa/pentane為工質(zhì)分析對(duì)比了純工質(zhì)基本ORC、非共沸工質(zhì)基本ORC和基于分液冷凝的 ORC，并對(duì)分液冷凝 ORC進(jìn)行了操作參數(shù)和換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)同步優(yōu)化。結(jié)果表明，分液冷凝非共沸ORC無(wú)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(zhì)ORC。
　　然后，提出了一種雙級(jí)蒸發(fā)非共沸 ORC，通過(guò)在蒸發(fā)過(guò)程進(jìn)行氣液分離，氣相進(jìn)入膨脹機(jī)，液相在工質(zhì)泵中增壓進(jìn)入第二級(jí)蒸發(fā)器繼續(xù)吸熱蒸發(fā)，然后進(jìn)入膨脹機(jī)，該多級(jí)蒸發(fā)可以進(jìn)一步提高非共沸工質(zhì)溫度滑移，實(shí)現(xiàn)與熱源更好地匹配。建立該雙級(jí)蒸發(fā) ORC的熱力學(xué)模型并利用遺傳算法進(jìn)行熱力學(xué)優(yōu)化。對(duì)比基本非共沸 ORC，雙級(jí)蒸發(fā)非共沸ORC的凈輸出功提高14.1~17.2%，而對(duì)比純工質(zhì)的雙級(jí)蒸發(fā)ORC，凈輸出功提高5.3~7.

4、8%。同時(shí)，對(duì)多種二元非共沸工質(zhì)的比較發(fā)現(xiàn)，在相同的系統(tǒng)中，不同非共沸工質(zhì)之間差別不大。
　　最后，集成氣液分離冷凝和多級(jí)蒸發(fā)思想，提出了分液冷凝-多級(jí)蒸發(fā)非共沸ORC，依據(jù)不同的多級(jí)蒸發(fā)過(guò)程提出了多種循環(huán)結(jié)構(gòu)，建立了新型循環(huán)的熱-經(jīng)濟(jì)性分析和多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用NSGA-Ⅱ多目標(biāo)遺傳算法求解多目標(biāo)優(yōu)化模型。結(jié)果表明在基本ORC、雙級(jí)蒸發(fā)ORC、分液冷凝-雙級(jí)蒸發(fā)ORC、串聯(lián)雙級(jí)蒸發(fā)ORC上，非共沸工質(zhì)的表現(xiàn)要優(yōu)于純工質(zhì)，在同等比