有机朗肯循环余热发电系统的优化研究
发布时间：2017-11-29 05:22
本文关键词：有机朗肯循环余热发电系统的优化研究
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【摘要】：我国工业中存在大量被直接排放到环境的低温余热,而有机朗肯循环(ORC)余热发电技术以结构简单,热效率高,寿命长,经济性好,环境友好等特点而被认为是目前回收余热最具前景的技术之一。因此,对该技术性能的优化研究对实现我国节能减排和维持生态平衡的发展战略有着重要意义。首先以基本的ORC系统(BORC)为研究对象,对系统经济性进行了研究,以蒸发温度、蒸发器窄点温差、烟气及冷却水流量为自变量,建立了以最小电力生产成本为目标函数的优化模型;分析了各参数对电力生产成本的影响,并对系统参数进行了优化,比较了烟温对最佳参数的影响。结果表明:由于蒸发温度、蒸发器窄点温差、烟气及冷却水流量对系统设备造价和净输出功的综合影响,其均存在最佳值使电力生产成本最小;在冷却水温度为20℃和进口烟温为170℃时,工质R245fa的经济性最好,对应的最小电力生产成本约0.4339元/(k W·h);且随着烟温的升高,系统经济性提高,对应的最佳蒸发温度、蒸发器窄点温差及烟气流量均增大。在已建立BORC系统热力和经济模型的基础上,建立了内回热有机朗肯循环(IHORC)系统的数学模型,以此对两系统的热经济性和经济性进行分析。在蒸发温度的变化下,对两系统的热效率、嗾效率、电力生产成本及回收期进行了分析。结果表明:随着蒸发温度的上升,两系统的热效率逐渐增大,而嗾效率先增大后减小,存在某一蒸发温度使得嗾效率最大;且随着蒸发温度的增大,两系统的电力生产成本和回收期均先减小后增大,存在最佳的蒸发温度,使得系统电力生产成本最小,回收期最短;在设定的条件下,IHORC系统热经济性更优;而BORC系统经济性更好。根据BORC系统和IHORC系统热经济性和经济性的对比结果,确立了一个由嗾效率和电力生产成本构建的综合目标函数;并建立了分别以最大嗾效率、最小电力生产成本及最小综合目标函数为目标的优化模型,对两系统进行了优化;同时,分析了蒸发温度、冷凝温度及烟气温度对系统综合经济性的影响;并分析了烟温对系统参数的影响;且找出了不同烟温和蒸发温度下的性能更好的循环系统。结果表明:综合目标函数能够协调好热经济性和经济性,可以评价系统综合经济性;在设定的条件下,两系统分别存在综合经济性更好的蒸发温度区间,推荐利用IHORC系统回收高温烟气,而BORC系统适合回收低温烟气;且随着蒸发温度的升高,综合目标函数值先减小后增大,存在某一蒸发温度使得系统性能最好;随着冷凝温度的增大,综合经济性变差;同时,且随着烟温的上升,两系统最佳蒸发温度均逐渐增大。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM617
【参考文献】
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本文编号：1236356
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