低品位能源利用熱力學(xué)基礎(chǔ)及評(píng)價(jià)

劉朝 公茂瓊 李友榮 吳雙應(yīng) 董學(xué)強(qiáng)

摘 要：我國具有豐富的低品位能源，如中低溫余熱能，利用有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）將這些低品位能源轉(zhuǎn)換為功，對(duì)提高我國的能源利用率和改善環(huán)境問題具有重要的意義。 研究工作進(jìn)展順利，取得了如下成果： 提出了一種跨臨界和亞臨界有機(jī)朗肯循環(huán)耦合系統(tǒng)。對(duì)比單級(jí)跨臨界ORC系統(tǒng)，耦合系統(tǒng)具有較高的熱效率和較大的凈輸出功，中間耦合換熱器的節(jié)點(diǎn)溫差對(duì)系統(tǒng)熱效率和凈輸出功具有重要影響。增設(shè)預(yù)熱器后，雖然熱效率有所降低，但其凈輸出功增加較多。 以凈輸出功、熱效率和發(fā)電成本為性能指標(biāo)對(duì)八種非共沸混合工質(zhì)在不同成分配比下的系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析和對(duì)比。結(jié)果表明，混合工質(zhì)濃度對(duì)系統(tǒng)熱效率、凈輸出功和發(fā)電成本具有重要影響，可能存在一個(gè)最佳濃度比使系統(tǒng)凈輸出功或熱效率最大。計(jì)算還發(fā)現(xiàn)，混合工質(zhì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性相對(duì)于純工質(zhì)系統(tǒng)并沒有優(yōu)勢(shì)。 基于熱經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，建立了亞臨界ORC系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化模型，優(yōu)化了相關(guān)運(yùn)行參數(shù)及工作流體的選擇；研究了在不同熱源溫度條件下的亞臨界ORC系統(tǒng)利用不同臨界溫度的有機(jī)工質(zhì)時(shí)，系統(tǒng)凈功、火用效率及電能產(chǎn)出成本與煙氣出口溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)果表明，采用不同的性能指標(biāo)對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)優(yōu)化所得優(yōu)化結(jié)果不相同，對(duì)ORC系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，可以較好地“協(xié)調(diào)”各性能指標(biāo)間的關(guān)系，使所要求的各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到較優(yōu)；……