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1、中温烟气余热动力回收复合循环参数优化摘要：使用C02超临界循环-有机工质跨临界循环复合循环(C02-SC/0TC),利用中高温烟气余热。以烟气初温600°C为例，以单位质量烟气流量净输出供为H标函数，应用Hysys软件建立循环的模型,并在Matlab环境卜采用遗传算法对循环参数进行优化，得到最优的循环参数，与以水为工质的抽气式朗肯循坏作比较，结果表明复合循坏较单级循坏具有一定优势。关键词：中温烟气，复合循环，动力回收，遗传算法0前言工业生产过程中会产生大量的烟气余热[1-3],有必要对中高温烟气余热进行动力回收。当前应用较广的是水蒸气朗肯循环
2、系统[4](H20-Rankinecycle,H20-RC)。由于中高温烟气热源初温高，放热过程温降大，而水作为工质，具有汽化潜热大、湿流体特性(要求以佼大过热度进入汽轮机以避免湿膨胀)等特点，使得吸热过程温度变化与烟气的放热过程温度变化明显不匹配，因而不利于循环效率和烟气余热利用率。有机工质的跨临界循环与烟气放热过程温度变化匹配较好[5-7][&9],但由于有机工质热稳定性的限制，有机工质循环最高温度则不能超过其热分解温度，故而与屮高温烟气之I'可存在较大的传热温差。针对以上循坏形式的不足，考虑到C02作为自然工质，具有出色的热稳定性，优良
3、的环境特性以及循环性能，但是由于其临界温度较低，限制了C02-TC在一般冷源条件下的应用，有学者提岀采用002超临界循环[10,11](002Super-criticalcycle,C02-SC)，同时为了弥补其膨胀终温较高,导致循环效率低的缺点，引入了回热措施，从而提高了循环性能。针对以上循环的情况，本文对C02超临界循环(C02Super-criticalcycle,C02-SC)/有机工质跨临界循环(0TC)进行研究,并对循环参数进行优化，并与水的抽气式朗肯循环进行比较。1系统模型介绍1.1模型建立复合循环由上级C02-SC循环和下级0
4、TC循环组成,对上下级循环均引入了回热措施。循环T-S图和系统图见图1,15-16,12-1是超临界换热器中烟气的放热过程和C02的吸热过程，1-2,5-6为上级循环和下级循环在膨胀机中膨胀作功过程，2-10,13-15是在中间换热器中上级循环放热，下级循环吸热过程，10-11,4-12为上级循环回热过程,9-13,6-14为下级循环回热过程，11-3为上级循环在冷却器中放热过程，14-8为下级循环在冷凝器屮放热过程，3-4和8-9为上下级循环在工质泵中增压过程。利用Hysys软件建立的流程如下图所示，物性方法使用PSRV方法，图1co2-s
5、c/otc循环朗肯循环的结构对其热效率影响比较大，采用抽气冋热式能实现朗肯循坏热效率的利用。图2为常见的抽气式回热水的的朗肯循环系统的结构简图，采用两级涡伦组成主要结构。工质从加热器出来，经过一次膨胀做功后分出一部分进入二级膨胀机做功，另一部分则与从二级膨胀机膨胀过后的工质混合，再经过升压后进入加热器完成下一次循环。流程图如下。Q-105-2图2H2O-RC循环1.3系统热力学模型假设各个部件中均为稳态稳流工况；忽略散热损失；忽略工质的重力势能变化；除膨胀部件中的过程外，忽略工质的宏观动能变化；除膨胀部件和工质泵屮的过程外，忽略工质流动摩擦损
6、失。忽略动能、势能，忽略压力损失。1.3」CO2-SC/OTC烟气放热量：Q=cp_gas^qm_^as*（^I5-）；⑴上级循环膨胀机输出功：vv.expj=qm_sub}*（%-钉；（3）上级循环冋热量：Q_reg}=qm_suh}*（/?10-h]}）=qm_suh}*（/?12-/?4）；⑷上级循环工质泵耗功：w_pump^=cpn_sub}*（/z4一包）；⑸上级循坏净输出功：w_必人=w_expj-vv_pumpx:⑹上级循环向下级放热量：Q_im=qm_sub{*（包一力io）；⑺下级循坏质量流量：qm_sub2=Q_im/（h
7、5~1^3）；⑻（10）下级循环膨胀机做功：vv_exp2=qm_suh2*（人一方6）；⑼下级循环冋热量：Q_厂绍2=炉2_皿$*（/%-力14）=C!m-SU^2*（力13-咫）；(11)下级循环工质泵耗功：vv_pump2=qm_sub2*(%一饨)；下级循环净输出功：w_net2=w_exp2-w_pump2；(12)复合循环净输出功：=w_net{-^-w_net2:(13)复合循环效率：〃=w^net/Q；(14)132水的抽气回热式朗肯循环烟气放热量：Q=cp_gas*qm_gas*g一；(⑸一级膨胀机输出功：vv_exp!=q
8、in_h2o^(h}-/?2)；(16)二级膨胀机输出功：＞v_exp2=g加_力20_1*(力5-力4)；(17)循环回热量：Q_reg=qm_h2o_2^(/?
