一种耦合跨临界与亚临界有机朗肯循环系统性能研究-study on the performance of a coupled transcritical and subcritical organic rankine cycle system.docxVIP

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2018-06-03 发布于上海
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一种耦合跨临界与亚临界有机朗肯循环系统性能研究-study on the performance of a coupled transcritical and subcritical organic rankine cycle system.docx

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一种耦合跨临界与亚临界有机朗肯循环系统性能研究-study on the performance of a coupled transcritical and subcritical organic rankine cycle system

摘要在能源消耗日益严重的今天，回收余热资源成为了缓解能源危机的一个有效途径。有机朗肯循环（organic Rankine cycle，ORC）技术能将低品位余热转化为高品位的电能输出，其结构简单、灵活性高、运行费用低、余热回收率高，近年来，ORC 技术已成为余热回收利用领域研究的热点。为了提高回收烟气余热的 ORC 系统效率，本文构建了一种耦合跨临界与亚临界 ORC 系统。基于热力学基本定律和热经济学理论，对耦合 ORC 系统进行了详细的性能分析，同时，对比了耦合 ORC 系统与单级跨临界 ORC 系统的性能，并探讨了工质临界温度及工质组合对耦合 ORC 系统性能的影响。研究结果表明：① 随着烟气进口温度的增加，耦合 ORC 系统热力学性能及热经济性能均得到改善；随着烟气出口温度的增加，耦合 ORC 系统净输出功率减少，而热效率则增加，其?效率先略微减少、后增加，发电成本、动态投资回收年限及静态投资回收年限先略微增加、后减小；随着余热换热器出口烟气温度的增加，耦合 ORC系统的热力学性能下降，而热经济性能得到提高。② 一级膨胀机进口压力的升高会使耦合 ORC 系统净输出功率、热效率及? 效率均升高，而热经济性下降，即系统的发电成本、动态投资回收年限及静态投资回收年限均增加。③ 随着中间换热器节点温差的增加，耦合 ORC 系统净输出功率、热效率及 ?效率均降低，而系统发电成本及投资回收年限先快速减少、后略微增加。中间换热器节点温差存在临界值，当节点温差小于该临界值时，耦合 ORC 系统的热力学性能优于单级跨临界 ORC 系统，临界值变化范围为（0~20）℃。此外，存在最佳中间换热器节点温差使得系统热经济性能最好，该最佳值变化范围为（7~9）℃。④ 在计算范围内，工质临界温度大于 150℃时，耦合 ORC 系统性能较好，同时，耦合 ORC 系统中工质为等熵工质时的系统性能优于为干工质时系统性能，即等熵工质对系统性能的提高有积极作用。工质组合为 R123/R141b 时，耦合 ORC 系统具有最优热力学性能，工质组合为 R123/ n-hexane 时，耦合 ORC 系统具有最优热经济性能。⑤ 在耦合 ORC 系统中，?损失主要分布在余热换热器、中间换热器及预热器中，其次为冷凝器与膨胀机，工质泵的?损失最少，且各部件的?损失随运行条件的变化而变化。关键词：余热回收，有机朗肯循环，耦合 ORC 系统，热力学性能，热经济性能ABSTRACTOwing to the serious consumption of energy, recovering waste heat becomes an effective way to alleviate the energy problem. The organic Rankine cycle (ORC) can convert the low grade waste heat to high grade of power output. At present, the ORC becomes the research hotspot of the waste heat recovery because of its simple structure, high flexibility, low operating cost and high recovery efficiency of waste heat.In order to improve the efficiency of the ORC system, this thesis presents a novel coupled ORC system, which couples a transcritical organic Rankine cycle with a subcritical organic Rankine cycle. On the basis of the basic law of thermodynamics and thermo-economic theory, the detailed performance analysis of the coupld ORC system is conducted. At the same time, the comparison of the coupled ORC system with the transcritical ORC is carried on. Finally, the effects of the critical temperature of working fluid and the working fluid typ