本文關(guān)鍵詞：中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化及實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：利用中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle, ORC)發(fā)電技術(shù)將低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位的電能是目前研究的熱點(diǎn),也是未來低品位熱能利用的發(fā)展趨勢。本文將圍繞中低溫有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)開展理論優(yōu)化和實(shí)驗(yàn)研究。首先,本文建立了ORC系統(tǒng)和各部件的熱力學(xué)計(jì)算模型,介紹了有機(jī)工質(zhì)的干濕性、熱物性、環(huán)保性和安全性等特性,歸納分析了ORC系統(tǒng)優(yōu)化的評價指標(biāo)和多目標(biāo)綜合評價方法。分析結(jié)果表明,工質(zhì)的選擇需要考慮的評價指標(biāo)較多,且評價指標(biāo)具有定性指標(biāo)和定量指標(biāo)相結(jié)合的特點(diǎn)�；诖�,本文采用多級非結(jié)構(gòu)性模糊綜合評價的方法進(jìn)行ORC工質(zhì)的優(yōu)選。以150℃中低溫?zé)嵩打?qū)動的亞臨界ORC系統(tǒng)為例,建立了ORC工質(zhì)選擇的多準(zhǔn)則評價模型。借鑒模糊系統(tǒng)理論,確定各方案的隸屬度和評價因素的權(quán)重,通過模糊變換得到候選工質(zhì)的優(yōu)先推薦序列。其中,排序前兩位的工質(zhì)是R123和R245fa。然后,本文選用R245fa為工質(zhì)建立ORC系統(tǒng)蒸發(fā)器、冷凝器、工質(zhì)泵、膨脹機(jī)等設(shè)備模型,采用多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法,對ORC系統(tǒng)和換熱設(shè)備展開同步優(yōu)化研究。以板式換熱器為例,選取蒸發(fā)器和冷凝器的板長、板寬、板間距等結(jié)構(gòu)參數(shù),以及ORC循環(huán)蒸發(fā)壓力、冷凝壓力、過熱度等運(yùn)行參數(shù),共9個參數(shù)作為系統(tǒng)的優(yōu)化變量。以系統(tǒng)熱效率和比投資成本兩個指標(biāo)作為多目標(biāo)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù),在給定的變量取值范圍內(nèi),計(jì)算得到了這兩個目標(biāo)下的Pareto最優(yōu)解。通過分析最優(yōu)解對應(yīng)的優(yōu)化變量的變化趨勢發(fā)現(xiàn),當(dāng)換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)變化使得壓降越小時,系統(tǒng)熱效率增高,換熱面積增加,比投資成本增大。最后,本文設(shè)計(jì)和搭建了ORC發(fā)電系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺。通過正交實(shí)驗(yàn)的方法計(jì)算得到了系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的范圍,并據(jù)此進(jìn)行實(shí)驗(yàn)臺設(shè)備選型和搭建。該實(shí)驗(yàn)臺采用R245fa為循環(huán)工質(zhì),冷源采用冷水機(jī)組制備恒溫冷卻水,熱源采用電加熱高溫導(dǎo)熱油來模擬工業(yè)廢熱,導(dǎo)熱油加熱功率為63kW,可以進(jìn)行150℃以下熱源驅(qū)動的ORC系統(tǒng)性能和設(shè)備測試實(shí)驗(yàn)。完成實(shí)驗(yàn)臺的搭建后,對系統(tǒng)進(jìn)行了穩(wěn)定工況下的調(diào)試實(shí)驗(yàn),和變工質(zhì)流量性能測試實(shí)驗(yàn)。系統(tǒng)初步實(shí)驗(yàn)表明系統(tǒng)可以獲得穩(wěn)定運(yùn)行的工況。在穩(wěn)定工況下,膨脹機(jī)輸出功率達(dá)到了2KW,循環(huán)效率為12%左右。論文中理論優(yōu)化的研究結(jié)論可以為中低溫ORC系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考,所搭建的實(shí)驗(yàn)平臺為后續(xù)課題研究提供條件。
【學(xué)位授予單位】：廣東工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM61

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本文編號：1188918