基于?效率與經濟性的雙級并聯ORC循環性能研究

吳林軍

（福建省鍋爐壓力容器檢驗研究院， 福建 福州 350008）

1 引言

能源的發展是全世界、全人類共同關心的問題，也是我國社會經濟發展的重要問題。然而，多年來由于我國能源開發與利用中的低效率和高消耗，一直制約著我國經濟與社會的可持續發展。近年來，低品位的熱回收利用出現了顯著增長，我國已將“余熱利用工程”列為國家十大重點節能工程之一。此外，基于有機朗肯循環(ORC，Organic Rankine Cycle)的低溫余熱發電技術，可以充分實現能源的梯級利用[1-3]。

本文提出了一種雙級并聯ORC發電系統，并對系統進行分析和優化。相較于簡單朗肯循環，雙級ORC系統的研究難度很大。由于其結構的復雜性，所研究的工質組合和關鍵參數數量倍增。本文針對典型的并聯雙級ORC發電系統，選用10種工質分別作為循環I和循環II的工質，對可能的多種工質組合進行了研究，并對兩個ORC的蒸發溫度對工質的性能影響進行分析。

2 系統描述與數學模型

如圖1所示，本文所研究的雙級朗肯循環發電系統由兩個朗肯循環并聯組成。該循環系統是由蒸汽發生器SG、冷凝器CON、膨脹機Turb、以及工質泵Pump組成。為了實現LNG冷能的高效梯級利用，使其依次經過冷凝器CON1和冷凝器CON2。在低溫ORC（循環Ⅰ，1-2-3-4-1）中，工質1在蒸發器SG1中被熱源加熱，形成過熱蒸汽，推動膨脹機Turb1旋轉并帶動發電機發電，然后進入冷凝器CON1被液化天然氣冷凝，同時液化天然氣氣化成低溫天然氣。工質2在高溫ORC（循環Ⅱ，5-6-7-8-5）中，先推動膨脹機Turb2做功，然后進入冷凝器CON2，隨后被來自冷凝器CON1的低溫天然氣冷凝。……