低溫?zé)嵩从袡C(jī)朗肯循環(huán)(ORC)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性研究 張圣君

1、中國工程熱物理學(xué)會 工程熱力學(xué)與能源利用學(xué)術(shù)會議論文 編號：111067低溫?zé)嵩从袡C(jī)朗肯循環(huán)(ORC)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性研究張圣君 王懷信基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No. 50976079） 郭濤（天津大學(xué)熱能與制冷工程系，天津，300072）TEL:(022)27405049 Email: 摘要 本文著眼于優(yōu)化低溫?zé)嵩从袡C(jī)朗肯循環(huán)(ORC)發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，在80-100oC溫度范圍內(nèi)，考察亞臨界ORC與跨臨界ORC系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性隨循環(huán)、工質(zhì)、循環(huán)參數(shù)的變化規(guī)律，開展以系統(tǒng)的單位能量產(chǎn)出成本(LEC) 最小為系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化目標(biāo)的工質(zhì)篩選、循環(huán)參數(shù)優(yōu)化以及兩類ORC系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)

2、性對比評價研究?；谡c(diǎn)分析法，建立了兩類ORC系統(tǒng)仿真程序，分析了系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性隨蒸發(fā)溫度、冷凝溫度以及膨脹機(jī)進(jìn)口壓力等因素的變化規(guī)律，對比了不同工質(zhì)，最優(yōu)的循環(huán)參數(shù)條件下的系統(tǒng)LEC值。結(jié)果表明，以R134a為工質(zhì)的亞臨界ORC系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性良好，在蒸發(fā)溫度62oC，冷凝溫度28oC條件下，其LEC值為0.054$/(kWh)，綜合性能最優(yōu)，是低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的最優(yōu)工質(zhì)。關(guān)鍵詞 有機(jī)朗肯循環(huán)，工質(zhì)， 系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析，低溫余熱發(fā)電 0前言近年來，伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，化石燃料消耗量增加，能源和環(huán)境問題帶來的挑戰(zhàn)不斷加大。隨著對化石燃料替代研究的開展，余熱資源的利用和回收技術(shù)受到越來越多的關(guān)注。

3、表1按照能量的溫度水平，對工業(yè)余熱資源進(jìn)行了分類1，其中，溫度高于300oC的余熱資源利用方式較為成熟，溫度范圍150-300oC的中溫余熱發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)得到廣泛認(rèn)可，但大量溫度低于100的余熱資源因發(fā)電利用技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不足、資源附近熱需求量有限等原因，得不到開發(fā)利用，這部分能源雖然品位較低，總量巨大。若能經(jīng)濟(jì)地對這部分低溫資源作發(fā)電利用，將大幅減小發(fā)電用化石燃料消耗及CO2、SO2、NOx等溫室氣體和環(huán)境污染物的排放，帶來巨大的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。有機(jī)朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle or ORC)發(fā)電技術(shù)，降低了資源的發(fā)電利用經(jīng)濟(jì)溫度，使得低品位能源也具備了發(fā)電利用的經(jīng)

4、濟(jì)性，得到了越來越多的關(guān)注。對于低溫發(fā)電系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性是有機(jī)朗肯循環(huán)研究的目標(biāo)，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性取決于系統(tǒng)的循環(huán)參數(shù)以及工質(zhì)的選擇 2。Borsukiewicz-Gozdur3 等針對80°C -115°C的地?zé)崴?，考察了六種純質(zhì)和丙烷/乙烷混合物的理論循環(huán)性能，指出R227ea的輸出功率較大，R245fa的效率較高。Hettiarachchi2以單位功率輸出的換熱器面積最小為目標(biāo)函數(shù)，對氨、R123、正戊烷和PF5050，在70-90°C地?zé)崴M(jìn)口的條件下，進(jìn)行了系統(tǒng)性能對比分析，并指出R123和正戊烷的效率要優(yōu)于PF5050。Saleh4等在蒸發(fā)溫度100

5、°C，冷凝溫度30°C的典型地?zé)岚l(fā)電站工況條件下，對31種純質(zhì)進(jìn)行了理論循環(huán)性能比較，指出以丁烷為工質(zhì)，帶回?zé)崞鞯膩喤R界循環(huán)熱效率最高，而臨界溫度較低的143a跨臨界循環(huán)能夠有較大的輸出功。Maizza5等考察了11種純質(zhì)及9種混合工質(zhì)，在蒸發(fā)溫度為80-110°C，冷凝溫度35-60°C的工況范圍內(nèi)的理論循環(huán)性能，并提出R123和R124的綜合性能良好，混合工質(zhì)R401C適合于作為ORC系統(tǒng)的工質(zhì)。Karellas6等給出汽輪機(jī)進(jìn)口溫度為105-135°C范圍內(nèi)，兩種工質(zhì)R134a和R227ea的亞臨界ORC和超臨界ORC的循環(huán)熱效率。表1

6、工業(yè)余熱資源狀況SourcesTemperature(oC)Solid waste and fume incinerators 650-1450 Nickel refining furnace 1370-1650 Glass melting furnace 1000-1550 Aluminum, copper and zinc refining furnaces 650-1100 Cement kiln 620-730 Hydrogen plants 650-1000 Steam boiler exhaust 230-480 Gas turbine exhaust 370-540 Drying

7、 and baking ovens 230-600 Catalytic crackers 425-650 Reciprocating engine exhausts 315-600 Annealing furnaces 66-230 Internal combustion engines 66-120 Hot processed liquids and solids 32-232 Drying, curing and curing ovens 93-230 Welding and injection molding machines 32-88 Air compressors 27-50 現(xiàn)階

8、段研究多以第一定律效率、第二定律效率以及單位熱源水發(fā)電量作為評價指標(biāo)，開展跨臨界ORC系統(tǒng)或亞臨界ORC系統(tǒng)的工質(zhì)篩選。一方面，上述指標(biāo)不足以反映低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性；另一方面，上述研究較少關(guān)注不同循環(huán)間的工質(zhì)對比，只一種循環(huán)方式的優(yōu)化結(jié)果不足以得到最優(yōu)的循環(huán)工質(zhì)。本文以O(shè)RC系統(tǒng)的單位能量產(chǎn)出的成本(LEC)值最小為系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化目標(biāo)，在80-100oC熱源溫度范圍，考察兩類ORC技術(shù)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性隨循環(huán)、工質(zhì)、循環(huán)參數(shù)的變化規(guī)律，得出兩類ORC系統(tǒng)的最優(yōu)工質(zhì)、最優(yōu)循環(huán)參數(shù)和最優(yōu)性能，并進(jìn)行兩類ORC技術(shù)的系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性對比評價，得到經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的循環(huán)、工質(zhì)以及循環(huán)參數(shù)的組合。1 系統(tǒng)模型的建立1

9、.1 ORC系統(tǒng)熱力學(xué)模型(a) 亞臨界ORC T-S 圖 (b) 跨臨界ORC T-S圖 Figure 2 亞臨界ORC與跨臨界ORC系統(tǒng)T-S圖.圖2為亞臨界ORC與跨臨界ORC系統(tǒng)的理論循環(huán)過程TS圖。系統(tǒng)的運(yùn)行原理為：低溫低壓工質(zhì)經(jīng)過工質(zhì)泵加壓進(jìn)入蒸發(fā)器或氣體加熱器（過程4-5s或4-5，在蒸發(fā)器或氣體加熱器中與熱源流體進(jìn)行熱交換吸收熱量（過程5-1）。此時工質(zhì)一般為飽和氣態(tài)。然后，工質(zhì)進(jìn)入膨脹機(jī)膨脹做功，工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)化為軸功來驅(qū)動發(fā)電機(jī)（過程1-2或1-2s）。膨脹機(jī)排出的低壓工質(zhì)蒸汽進(jìn)入冷凝器，放熱變?yōu)轱柡鸵簯B(tài)（過程2-4或2s-4），再次進(jìn)入工質(zhì)泵，完成一次循環(huán)過程。系統(tǒng)各部件的

10、熱力學(xué)模型如下：蒸發(fā)器吸熱量Qh（或氣體加熱器）Qh=(h1h5) (1) 膨脹機(jī)的功率輸出Wexp，W；膨脹機(jī)進(jìn)口體積流量Vin，m3/s；膨脹機(jī)出口體積流量Vout，m3/s；以及膨脹機(jī)的膨脹比Vr，分別為：Wexp=mr (h1h2s)gtst (2) Vin=mrvin (3) Vout=mrvout (4) Vr=Vout/Vin (5) mr 是工質(zhì)質(zhì)量流量，kg/s；vin和vout分別是膨脹機(jī)進(jìn)口和出口的比容，m3/kg；gt為發(fā)電機(jī)效率；st為膨脹機(jī)等熵效率。 冷凝器放熱量Qc，定義為；=mr (h2h4) (6) 工質(zhì)泵功耗Wrp，定義為Wrp=mr (h5sh4)/rp=

11、mr (h5h4) (7) ORC系統(tǒng)凈功率Wnet定義為：Wwp,h=mh,wDPw/(rw,hwp) (8) Wwp,c=mc,wDPw/(rw,cwp) (9) Wrp=WexpWwp,hWwp,hWrp (10) Wwp,h和Wwp,c 分別是熱源水和冷源水側(cè)的水泵功耗,W；DPw為水側(cè)壓降，kPa；rw,h為水的密度，m3/kg；wp為水泵的效率。1.2 ORC系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性模型整個電站的單位電能產(chǎn)出的成本(LEC)定義為：13-14。 LEC=CRFCp+Cf+COMp+COMfAE (11)AE為電站的年電能產(chǎn)量，CRF為投資回收因子，Cp為電站的機(jī)組初投資，Cf為電站的場地建設(shè)初投

12、資(例如，地?zé)犭娬镜牡刭|(zhì)勘探、鉆井、井及進(jìn)口設(shè)施建設(shè)，機(jī)房、道路等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，等費(fèi)用)，COMp為電站的機(jī)組運(yùn)行管理費(fèi)，COMf為電站的場地運(yùn)行管理費(fèi)。CRF定義為15: CRF=i(1+i)LTpl(1+i)LTpl-1 (12)其中i= 5%, LTpl為系統(tǒng)壽命期，假設(shè)為20年. 低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)(油田伴生熱，工廠余熱等)等不需要場站的投資，因此Cf=0，LEC可以簡化為: LEC=CRF×Cp+COMpAE (13)ORC系統(tǒng)換熱器的造價詳細(xì)數(shù)據(jù)參見文獻(xiàn)11。1.3系統(tǒng)部件模型的建立ORC系統(tǒng)的部件模型和整體系統(tǒng)的仿真模型，詳見文獻(xiàn)11-12。2 ORC系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性評價2.1

13、 工質(zhì)的提出理想的ORC循環(huán)優(yōu)良工質(zhì)應(yīng)滿足：良好的熱力學(xué)循環(huán)性能，優(yōu)良的環(huán)境性能，良好的理化性能等。文獻(xiàn)7研究表明，干流體更適合于ORC系統(tǒng)，基于課題組前期的工質(zhì)初步篩選工作8-11，選用R123，R245fa，R245ca，R236fa，R227ea，R600，R600a，R134a和R152a作為本文亞臨界ORC系統(tǒng)研究的工質(zhì)，選用R125，R143a，R218，R41，R170和CO2作為本文跨臨界ORC研究的工質(zhì)。工質(zhì)的基本物性與環(huán)境特性見表2表2 工質(zhì)的基本物性與環(huán)境特性工質(zhì)名稱基本物性環(huán)境性能分子量(g/mol)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)(°C)臨界溫度(°C)臨界壓力(MPa)

14、ALT(yr)ODPGWP(100yr)1R123152.9327.82183.683.6621.30.02773R245ca134.0525.13174.423.9256206932R245fa134.0514.9154.053.647.6010306R60058.12-0.55151.983.7960.020207R600a58.12-11.67134.673.640.020208R236fa152.04-1.44124.923.2240098109R152a66.05-24.02113.264.5171.4012410R227ea170.03-16.45101.652.926420322

15、011R134a102.03-26.07101.064.059140143012R143a84.04-47.2472.713.761520447013R218188.02-36.8371.952.67126000883014R125120.02-48.0966.023.618290350015R4134.03-78.1244.135.8972.409216R17030.07-88.632.184.8720.2102017CO244.01-78.430.987.377>50012.2 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性評價計(jì)算條件如表3所示。表3 冷、熱源水條件和系統(tǒng)部件效率假設(shè)熱源水進(jìn)口溫度，°C9

16、0冷卻水進(jìn)口溫度，°C20熱源水質(zhì)量流量，kg/s1膨脹機(jī)等熵效率0.80工質(zhì)泵等熵效率0.75發(fā)電機(jī)效率0.96水泵效率0.75膨脹機(jī)出口干度>0.97計(jì)算結(jié)果見表4A和表4B。表中：tpp換熱器窄點(diǎn)溫差，ºC；Pevap蒸發(fā)壓力，MPa；tevap蒸發(fā)溫度，ºC；Pcond冷凝壓力，MPa；tcond冷凝溫度，ºC；由于指定熱源水流量為1kg/s；LEC的單位為$/(kWh)。對于跨臨界循環(huán)系統(tǒng)：Psup工質(zhì)的超臨界吸熱過程中的壓力，MPa；texpander, in工質(zhì)的超臨界吸熱過程終態(tài)溫度，亦即膨脹機(jī)進(jìn)口溫度，ºC; 膨脹機(jī)進(jìn)口

17、體積流量Vin，m3/s；膨脹機(jī)出口體積流量Vout，m3/s。 圖3 以R152a為工質(zhì)的亞臨界ORC系統(tǒng)的LEC值隨蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的變化圖3給出了R152a為工質(zhì)的亞臨界ORC系統(tǒng)LEC值隨蒸發(fā)溫度和冷凝溫度的變化情況，從圖3可知，存在一組最優(yōu)的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度組合，使得系統(tǒng)的LEC值最優(yōu)，其中最優(yōu)蒸發(fā)溫度是由ORC系統(tǒng)的發(fā)電功率和換熱面積共同決定的，而影響最優(yōu)冷凝溫度的主要因素是系統(tǒng)發(fā)電功率，當(dāng)冷凝溫度較低情況下，水側(cè)流量過大，導(dǎo)致水泵功耗太大，影響系統(tǒng)凈功率輸出值，計(jì)算結(jié)果表明冷凝溫度的合理值為28oC，下文將集中關(guān)注系統(tǒng)LEC值隨蒸發(fā)溫度的變化情況。圖4 以R123為工質(zhì)的亞臨

18、界ORC系統(tǒng)的LEC隨蒸發(fā)溫度的變化 (計(jì)算條件：tpp=5 ºC，tcond=28ºC，其余同表2)圖4給出了R123為工質(zhì)的ORC系統(tǒng)換熱器面積，系統(tǒng)功率輸出以及LEC值隨蒸發(fā)溫度的變化關(guān)系。由圖可知，換熱面積隨著蒸發(fā)溫度的增加而下降，這是由于在較高蒸發(fā)溫度下，系統(tǒng)的工質(zhì)質(zhì)量流量下降，單位工質(zhì)的吸熱量也減小，導(dǎo)致系統(tǒng)的吸熱量下降，引起換熱面積的不斷減?。幌到y(tǒng)熱效率系隨著蒸發(fā)溫度的降低而減小，同時蒸發(fā)溫度的降低引起吸熱量增加，兩者的綜合作用使得功率輸出值隨蒸發(fā)溫度的降低，先增加后減??；ORC系統(tǒng)的LEC值隨蒸發(fā)壓力的變化趨勢，是換熱面積和系統(tǒng)功率輸出兩個因素的綜合效果，隨

19、著系統(tǒng)蒸發(fā)壓力的提高，LEC值先減小后增加，最優(yōu)蒸發(fā)溫度為62oC，與系統(tǒng)功率輸出值所對應(yīng)的蒸發(fā)溫度相近。 跨臨界循環(huán)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的影響因素有膨脹機(jī)進(jìn)口壓力，膨脹機(jī)進(jìn)口溫度，冷凝溫度。 (a) R41的LEC隨膨脹機(jī)進(jìn)口對比壓力的變化 (b) R125的LEC隨膨脹機(jī)進(jìn)口對比壓力的變化(計(jì)算條件：tpp=5 ºC，texp,in=84, tcond=26ºC，其余同表2)圖5 跨臨界循環(huán)工質(zhì)LEC值隨膨脹機(jī)進(jìn)口壓力的變化圖5給出了跨臨界循環(huán)系統(tǒng)功率輸出、系統(tǒng)LEC以及換熱器面積隨膨脹機(jī)進(jìn)口壓力的變化結(jié)果。系統(tǒng)功率輸出方面，由圖5(a)可得，隨膨脹機(jī)進(jìn)口壓力的上升，泵出口的

20、溫度上升，平均吸熱溫度提高，卡諾效率提高，但吸熱量減小，在上述結(jié)果的作用下，R41為工質(zhì)的系統(tǒng)功率輸出值隨膨脹機(jī)進(jìn)口壓力的升高而先增加后減小，該計(jì)算工況下，最優(yōu)對比壓力為1.33，凈功率輸出值為9275W，最優(yōu)膨脹機(jī)進(jìn)口壓力R170和CO2等低沸點(diǎn)工質(zhì)的系統(tǒng)功率輸出值同樣表現(xiàn)出上述變化趨勢；圖5(b)表明，R125為工質(zhì)的系統(tǒng)隨進(jìn)口壓力的升高，循環(huán)功率輸出值單調(diào)減小，最優(yōu)對比壓力值在臨界點(diǎn)附近，原因在于隨著壓力的升高，工質(zhì)泵功率占膨脹機(jī)輸出功率的比例增加，R218和R143a等高沸點(diǎn)工質(zhì)的系統(tǒng)功率輸出值隨膨脹機(jī)進(jìn)口壓力的變化表現(xiàn)為上述趨勢。換熱面積方面，跨臨界ORC系統(tǒng)的換熱面積隨膨脹機(jī)進(jìn)口對

21、比壓力的增加，表現(xiàn)為先減小后增大的趨勢，原因?yàn)榕蛎洐C(jī)對比壓力的增加，氣體加熱器出口水溫升高，其對數(shù)換熱溫差減小，同時系統(tǒng)吸熱量也減小，兩者的綜合結(jié)果表現(xiàn)為系統(tǒng)的換熱面積先增加后減小。系統(tǒng)LEC方面，隨著膨脹機(jī)進(jìn)口對比壓力的升高，LEC先降低后增加，且最優(yōu)循環(huán)參數(shù)與循環(huán)凈功率輸出最大所對應(yīng)的循環(huán)參數(shù)相近。原因?yàn)樵谏鲜鰤毫Ψ秶鷥?nèi)，吸熱量和放熱量減小，氣體冷卻器的對數(shù)平均溫差減小，兩者的綜合作用使得換熱面積減小了4%，系統(tǒng)造價變化幅度為2%左右，而循環(huán)凈功率輸出的最大變化幅度為18%，系統(tǒng)功率輸出對LEC變化趨勢起主要作用。 (a) R41的LEC隨膨脹機(jī)進(jìn)口溫度的變化 (b)R125的LEC隨膨脹

22、機(jī)進(jìn)口溫度的變化(計(jì)算條件：tpp=5 ºC, tcond=26ºC,膨脹機(jī)進(jìn)口對比壓力1.06，其余同表2)圖6 跨臨界循環(huán)工質(zhì)LEC值隨膨脹機(jī)進(jìn)口壓力的變化如圖6(a)所示，R41的LEC值隨著膨脹機(jī)進(jìn)口溫度的增加而降低，與系統(tǒng)凈輸出功率的變化趨勢相反，即功率越大，單位電價越低，原因是隨著膨脹機(jī)進(jìn)口溫度的增加，熱源水的出口溫度升高，氣體加熱器的吸熱量減小，但工質(zhì)的平均加熱溫度上升，系統(tǒng)熱效率增加，引起功率輸出值增大；同時換熱溫差減小，引起換熱面積的增加，但從LEC的變化幅度來看，膨脹機(jī)進(jìn)口溫度從77-84oC，LEC變化幅度不到1%，即膨脹機(jī)進(jìn)口溫度對ORC系統(tǒng)LEC值

23、的影響不大。 如圖6(b)所示，R125的LEC值隨著膨脹機(jī)進(jìn)口溫度的增加，先減小后增加，但變化幅度為1.5%左右，說明膨脹機(jī)進(jìn)口溫度對系統(tǒng)的LEC值影響較小。 (a)R41的LEC隨冷凝溫度的變化 (b)R125的LEC隨冷凝溫度的變化(計(jì)算條件：tpp=5 ºC, texpander,in=84ºC,膨脹機(jī)進(jìn)口對比壓力1.14，其余同表2)圖7跨臨界循環(huán)工質(zhì)LEC值隨冷凝溫度的變化如圖7(a)和7(b)所示，隨著冷凝溫度的增加，跨臨界ORC系統(tǒng)的LEC值先減小后增加，即存在一個冷凝溫度使得LEC值最小，且該值與系統(tǒng)的凈功率輸出最大值所對應(yīng)的冷凝溫度值接近，各種工質(zhì)的最優(yōu)

24、冷凝溫度值均在28oC左右。圖8亞臨界ORC工質(zhì)與跨臨界ORC工質(zhì)的最優(yōu)LEC值表4A以LEC為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算結(jié)果：亞臨界ORC系統(tǒng)工質(zhì)tppPevaptevapPcondtcondVoutVrR12350.30620.10280.0990 2.905 R245fa50.49620.17280.0635 2.959 R245ca50.37640.11280.0815 3.248 R236fa50.89660.30280.0354 3.196 R227ea51.42680.50280.0239 3.343 butane50.70640.27280.0432 2.682 isobutane50

25、.95640.38280.0334 2.601 R134a51.76620.73280.0196 2.550 R152a51.50600.65280.0218 2.298 表4B以LEC為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算結(jié)果：跨臨界循環(huán)系統(tǒng)工質(zhì)tppPsuptexpander, inPcondtcondVoutVrR17057.50844.37270.0104 1.672 R4157.90844.11280.0138 3.479 R12554.06781.49280.0080 1.741 R21852.88770.94280.0237 5.539 CO2511.21846.58280.0064 1.511表

26、3給出不同工質(zhì)了以最小LEC為目標(biāo)函數(shù)的ORC系統(tǒng)最優(yōu)循環(huán)參數(shù)，圖8給出了兩類循環(huán)工質(zhì)的最優(yōu)LEC值。從圖8中可得，亞臨界ORC系統(tǒng)中，部分低沸點(diǎn)工質(zhì)的LEC值較低，如R152a的LEC值最低，為0.052/kWh，R600，R600a和R134a的LEC值較低，為0.054/kWh，適宜于做亞臨界ORC系統(tǒng)的工質(zhì)，由于R152a、R600和R600a工質(zhì)可燃，因此R134a是亞臨界ORC綜合性能最優(yōu)的工質(zhì)；從圖8中可得，跨臨界ORC系統(tǒng)中，R125和R41的LEC值最低，為0.057/kWh，由于R41工質(zhì)可燃，因此R125是跨臨界ORC系統(tǒng)綜合性能最優(yōu)的工質(zhì)。對比表3A和表3B中的數(shù)據(jù)可知

27、，與以R125為工質(zhì)的跨臨界ORC系統(tǒng)相比，R134a為工質(zhì)的亞臨界ORC系統(tǒng)的LEC值較小，工質(zhì)泵的揚(yáng)程較低，膨脹機(jī)出口體積流量相近。因此，R134a是低溫余熱發(fā)電ORC系統(tǒng)的最優(yōu)工質(zhì)。4結(jié)論：本文以O(shè)RC系統(tǒng)的單位能量產(chǎn)出的成本值(LEC)最小為系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化目標(biāo)，取熱源溫度90oC的典型工況，考察了兩類ORC系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性隨循環(huán)、工質(zhì)、循環(huán)參數(shù)的變化規(guī)律，得到了每種工質(zhì)的最優(yōu)循環(huán)參數(shù)和最優(yōu)性能，并基于上述結(jié)果，對比了兩類ORC系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性，結(jié)論如下：(1) 蒸發(fā)溫度是影響亞臨界ORC系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的主要因素，在冷凝溫度28oC條件下，系統(tǒng)LEC值隨蒸發(fā)溫度的增加先減小后增加，且最優(yōu)蒸發(fā)溫度與系統(tǒng)功

28、率輸出最大值對應(yīng)的蒸發(fā)溫度相近。跨臨界循環(huán)系統(tǒng)LEC值的主要影響因素是膨脹機(jī)進(jìn)口壓力和冷凝溫度，膨脹機(jī)進(jìn)口溫度對LEC值的影響不大，當(dāng)膨脹機(jī)進(jìn)口溫度在77-84oC范圍內(nèi)變化時，LEC的變化幅度僅為1%左右。(2) 亞臨界ORC系統(tǒng)中，低沸點(diǎn)工質(zhì)的系統(tǒng)LEC值低于高沸點(diǎn)工質(zhì)；綜合考慮ORC系統(tǒng)的安全性以及膨脹部件的相關(guān)特性，選擇R134a作為亞臨界ORC綜合性能最優(yōu)的工質(zhì)，其最優(yōu)運(yùn)行工況為蒸發(fā)溫度62oC，冷凝溫度28oC；跨臨界ORC系統(tǒng)中，R125和R41的LEC值最低，為0.057/kWh，由于R41工質(zhì)可燃，推薦R125作為跨臨界ORC系統(tǒng)綜合性能最優(yōu)的工質(zhì)。(3) 最優(yōu)的循環(huán)參數(shù)條件

29、下，兩類循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性比較結(jié)果表明，以R134a為工質(zhì)的亞臨界ORC系統(tǒng)的LEC值較小，綜合性能優(yōu)良，是低溫余熱發(fā)電ORC系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的技術(shù)手段。參考文獻(xiàn)1 Energy Efficiency Guide for Industry in Asia. < >2 H. D. Hettiarachchi, Madhaw, M. Golubovic, W. M. Worek, Optimum design criteria for an Organic Rankine cycle using low-temperature geotherma

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