基于有机朗肯循环(ORC)余热利用系统的分析和优化

摘要

基于有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC)的余热发电系统被认为是回收低品位能源最有效的方式之一。为提高ORC系统的热效率，选取不同工质，采用MATLAB2010a和REFPROP8.0混合编程调用的方法对ORC系统的热力性能进行分析。
　　首先，根据有机工质热物性、干湿性、环保性和安全性等原则对REFPROP8.0所提供的84种工质进行初选，建立基本ORC系统模型，以净输出功和热效率为评价指标，对采用不同初选工质的ORC系统最佳蒸发温度和冷凝温度进行分析。结果表明：干性工质比湿性工质更适合ORC系统，不同工质都存在最佳蒸发温度，初选工质中，R245fa和R152a综合性能更优，它们的最佳蒸发温度分别为148℃和105℃。
　　在基本ORC系统的基础上，建立了回热ORC、抽汽回热ORC、再热ORC系统模型，分析不同ORC系统热力性能分别随有效度、抽汽压比、再热压比的变化规律，并与基本ORC系统进行比较。结果表明：相比基本ORC系统，回热ORC系统热效率增大约1.5个百分点；抽汽回热ORC系统热效率增大约3个百分点，对应采用R245fa和R152a工质的抽汽回热ORC系统分别存在最佳抽汽压比0.4、0.55；再热ORC系统热效率增加不大，但是净输出功有明显增加， R245fa和R152a分别存在再热压比0.42、0.52。
　　然后，建立了再热-抽汽回热-内回热联合ORC系统模型，以R245fa和R152a作为混合工质组元，对不同质量分数配比下的系统热效率和?损因子进行分析，从而得到最佳工质配比。结果表明：存在最佳质量分数比例085/0.15，使得新型系统的热效率最高达至18.52％，而?损因子最小。
　　最后，构造C-ORC系统中单位净输出功的投资成本和EDF的多目标函数，选取抽汽压比和再热压比为优化变量，分析函数的变化规律及函数的最小值。结果表明：系统在抽汽压比0.45，再热压比0.44时多目标函数值最小，系统热力性能和经济性能均较优。

目录

声明

第1章绪论

1.1 选题的背景和意义

1.2 研究现状

1.3 主要工作内容

1.4 本章小结

第2章有机工质筛选

2.1 计算软件概述

2.2 有机工质筛选原则

2.3 工质初选

2.4 基本ORC循环

2.5本章小结

第3章不同有机朗肯循环系统比较

3.1 回热ORC系统

3.2 抽汽回热ORC系统

3.3 再热ORC系统

3.4本章小节

第4章再热-内回热-抽汽回热联合ORC系统

4.1 C-ORC系统的物理模型和数学模型

4.2 抽汽回热器出口温度及再热温度对C-ORC性能的影响

4.2 非共沸混合工质对用于C-ORC系统

4.3本章小节

第5章优化方法介绍

5.1单目标优化

5.2多目标优化

5.3本章小结

第6章结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果