考慮環(huán)境影響的低溫余熱ORC系統(tǒng)優(yōu)化研究.pdf

1、近年來，能源短缺和全球性環(huán)境問題日益突出，我國擁有豐富的低品位熱能如工業(yè)余熱、地熱能、太陽能等，將低品位熱能轉化為電能是提高能源利用率、減少環(huán)境污染的有效措施。在諸多低品位熱能開發(fā)利用的途徑中，有機朗肯循環(huán)（Organic Rankine Cycle，ORC）由于設備簡單、應用范圍廣泛等優(yōu)點，日益獲得人們越來越多的關注，成為了目前低品位熱能開發(fā)利用研究的重點。
　　與常規(guī)的火電廠使用水為工質不同，應用于ORC系統(tǒng)的有機工質具有一定

2、的GWP、ODP等環(huán)境潛值，都將對環(huán)境產生一定的影響，無論ORC設備密封做的有多好，使用的有機工質終將有部分會擴散到大氣中，所以在其生產和運輸過程中都可能對環(huán)境造成一定的污染，ORC系統(tǒng)運行過程中工質的泄漏必將加劇全球變暖、臭氧層的破壞，目前，對ORC系統(tǒng)的評價多集中在熱效率、火用效率等熱經濟性指標方面，相關文獻在選取工質時雖然考慮了環(huán)境的影響，但都是定性而未定量地對工質的環(huán)境影響進行分析計算，也未將ORC系統(tǒng)的熱經濟性和環(huán)境性能綜合起

3、來進行評價。本文在分析ORC系統(tǒng)的基本特性的基礎上，采用火用代價對有機工質的環(huán)境影響進行量化，建立了考慮環(huán)境影響的ORC系統(tǒng)火用平衡模型，并對同時考慮ORC系統(tǒng)熱經濟性和工質的環(huán)境因素的綜合評價指標進行研究。
　　本文的主要研究內容和成果如下：
　?、俨捎肙RC系統(tǒng)的環(huán)境影響火用代價對工質的環(huán)境影響進行了定量分析，建立了考慮環(huán)境影響的ORC系統(tǒng)火用平衡模型。此火用平衡模型綜合考慮了處理系統(tǒng)泄漏工質的環(huán)境影響引起的功率消耗，即

4、從系統(tǒng)的凈輸出功率中扣除一部分功率用于處理ORC系統(tǒng)泄漏的工質對環(huán)境造成的影響。
　?、诮⒘薕RC循環(huán)工質泄漏模型，采用火用參數量化工質的環(huán)境影響，對亞臨界ORC系統(tǒng)和跨臨界ORC系統(tǒng)環(huán)境影響火用代價進行研究。
　?、坩槍δ壳癘RC系統(tǒng)研究未對有機工質的環(huán)境影響定量分析的現狀，采用火用代價對有機工質的環(huán)境影響進行量化分析，提出了結合工質環(huán)境影響和循環(huán)熱經濟性能的綜合評價指標“綜合環(huán)境影響火用效率”，并給出了計算關系式。通過

5、理論分析和實例研究驗證了這個綜合指標的合理性，并對比分析了工質環(huán)境影響火用代價對亞臨界ORC系統(tǒng)和跨臨界循環(huán)系統(tǒng)火用效率的影響。工質R123和R32的“綜合環(huán)境影響火用效率”較高，分別是亞臨界和跨臨界循環(huán)中性能最優(yōu)的工質
　　④為與綜合考慮環(huán)境影響的ORC系統(tǒng)做對比分析，文章首先對未考慮工質泄漏影響的亞臨界ORC系統(tǒng)和跨臨界ORC系統(tǒng)的基本特性進行了研究。通過分析得到了系統(tǒng)熱力學性能隨膨脹機入口溫度和冷凝溫度變化的一般規(guī)律，并得到