有机朗肯循环热源温度与冷凝温度的影响分析

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1、第33卷第10期可再生能源Vol.33No.102015年10月RenewableEnergyResourcesOct.2015有机朗肯循环热源温度与冷凝温度的影响分析刘炳成，梁宝华，苑善通（青岛科技大学机电工程学院，山东青岛266061）摘要：分析了蒸发器换热过程中热源温度对窄点温差位置的影响，讨论了冷凝温度和热源温度对有机朗肯循环（ORC）系统的影响。随着热源温度的升高，蒸发器窄点温差位置由有机工质蒸发温度处转移到蒸发器有机工质入口温度处。考虑冷却水循环，系统存在最佳冷凝温度，当冷凝温度低于最佳冷凝温度时，净功输出随冷凝温度的降低而急剧下降。

2、给定工况下，最佳冷凝温度随热源温度的增长近似线性升高，热源温度每升高1℃，最佳冷凝温度增长0.035~0.045℃；净功输出随热源温度的升高而增加，上升速度存在转折点，转折发生在热源温度为160~270℃时。关键词：有机朗肯循环；窄点温差；热源温度；优化；回收；可持续性中图分类号：TK1文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）10-1529-06DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.10.0160前言中，冷却水（状态点10）经过冷凝器换热后温度升随着化石燃料储量的减少和随之而来的环境高（状态点11）

3、，高温冷却水通过循环泵加压后（状问题，低温余热的回收利用引起人们越来越多的态点12）进入冷却塔，冷却后循环使用。关注。有机朗肯循环（ORC）是一种回收低温余热1[1]～[4]的有效方式。关于ORC的热力学分析和热源9蒸发器温度降的计算，国内外研究者做了大量的工作，但透平G[5]～[17]仍然存在一些不足。例如，当热源温度很高4852时，窄点温差有可能位于蒸发器有机工质入口温冷凝器度处，这将影响系统的净功输出。此外，关于系统参数优化的研究中大部分没有考虑冷却水循环，工质泵11而有机工质的冷凝温度是影响冷却水循环泵功消冷耗的关键因素。本文针对窄点温差

4、位置和冷却水却10冷水循环泵功消耗问题，分析了热源温度对窄点温差却泵12塔位置的影响；考虑冷却水循环，分析了冷凝温度和热源温度对ORC系统的影响。图1ORC系统原理图Fig.1SchematicofORC1ORC热力学分析1.1ORC系统描述T8ORC系统由蒸发器、透平、工质泵、冷凝器、冷1319却水泵和冷却塔组成（图1），与其相对应的系统温67熵图如图2所示。在蒸发器内，有机工质与热源换55s232s热产生有机工质蒸气（状态点1），有机工质蒸气经412s12过透平膨胀做功后变为乏气（状态点2）。透平出口1110乏气经过冷凝器冷凝变成有机工质液体

5、（状态点1514S4），然后经过工质泵加压变成高压有机工质液体图2ORC系统T-S图（状态点5）进入蒸发器与热源换热。在冷却水循环Fig.2T-SdiagramofORC收稿日期：2015-01-06。作者简介：刘炳成（1975-），男，山东高密人，副教授，博士，研究方向为节能减排技术及其应用。E-mail：jidianqust@163.com·1529·可再生能源2015，33（10）蒸发器内热源与有机工质换热，热源温度降蒸发温度处时：低（由状态点8到状态点9）。换热过程中窄点温h8－h13mw=mh（2）差的位置对热源出口温度（状态点9）有重

6、要影h1－h6响。热源的出口温度直接决定了热源与有机工质式中：mh为热源质量流量，kg/s；h8为蒸发器热源的换热量，从而影响到发电功率的大小。入口（状态点8）焓值，kJ/kg；h6为有机工质饱和液1.2ORC热力学模型态（状态点8）焓值，kJ/kg；h13为换热过程中对应状态点6的热源温度（状态点13）的焓值，kJ/kg。蒸发器换热方程：Qeva=mw（h1－h5）（1）t13=t6+DtP（3）式中：Qeva为蒸发器换热量，kJ；mw为有机工质质式中：DtP为窄点温差，。如图3（b）所示，当窄点温差位于蒸发器工质量流量，kg/s；h1为蒸发器

7、出口有机工质蒸气（状入口温度处时：态点1）的焓值，kJ/kg；h5为蒸发器入口有机工质（状态点5）的焓值，kJ/kg。m=mh8－h9（4）whh1－h5蒸发器中热源与有机工质换热，换热过程计式中：h9为蒸发器出口热源（状态点9）的焓值，算须要确定窄点温差的位置。如图3所示，随热源kJ/kg。温度的变化，蒸发器中窄点温差的位置分别在有h9=t5+DtP（5）机工质蒸发温度处和蒸发器工质入口温度处。透平等熵效率：T8h=mh1－h2（6）th13h1－h2s19Δtp67式中：ht为透平等熵效率；h2为透平实际出口焓，kJ/kg；h2s为透平等熵膨

8、胀出口焓，kJ/kg。52透平输出功：43Wt=mw（h1－h2）（7）式中：Wt为透平输出功，kW。S工质泵等熵效率：（a）窄点温差位