ORC系統蒸發器夾點溫差的數值分析和實驗研究

馬新靈， 王 聰， 石文琪， 孟祥睿， 張景迪， 邱宇恒， 潘佳浩

(鄭州大學 機械與動力工程學院，河南 鄭州 450001)

有機朗肯循環(ORC)在利用低品位熱能方面有巨大的潛力[1-2]，研究蒸發器夾點溫差對改善蒸發器傳熱效率及ORC系統性能具有重要意義[3-4]。Li等[5]分析了熱源溫度、流量和夾點溫差等對雙蒸發壓力有機朗肯循環(DPORC)系統性能的影響。發現夾點溫差越大，DPORC系統的經濟和熱力學性能越好。Zhang等[6]對DPORC系統性能進行了多目標優化研究，研究表明，當夾點溫差由5 K增至25 K時，系統熱效率降低1%～2%。Sun等[7]對建立的碳足跡和水足跡(WF)模型進行靈敏度分析，得到的最佳蒸發溫度、夾點溫差和最大凈輸出功率分別為106.4 ℃、6.11 ℃和9.32 kW。

為全面地研究夾點溫差對ORC系統性能的影響，更多的學者采用綜合評價指標進行優化分析[8-9]。Xia等[10]提出了綜合評價指標(CEI)來評價ORC系統的特性。發現當蒸發器夾點溫差為5 K，膨脹機進口壓力為1.75 MPa時，可獲得最佳綜合性能。Wang等[11]基于非支配排序遺傳算法，選擇夾點溫差等為決策變量進行優化。最終獲得的最優總成本和效率分別為129.28×104美元和13.98%。

綜上所述，為準確研究蒸發器夾點溫差對ORC系統性能的影響，提出利用指標F(·)綜合評價ORC系統的凈輸出功率和投資成本，并在自主搭建的ORC低溫余熱發電平臺上進行試驗研究。研究結果將為蒸發器的進一步優化以及ORC系統的實際應用提供參考。

1 熱力學分析

蒸發器中冷熱流體的傳熱溫度沿有機工質流動方向的變化如圖1所示。

圖1 蒸發器中流體溫度沿有……