隨著全球性的能源緊缺和環(huán)境問題日益嚴重，通過充分利用可再生能源和工業(yè)余熱資源，從而提高能源利用效率是緩解能源和環(huán)境問題的重要方式.有機朗肯循環(huán)(ORC)是更有應(yīng)用前景的低品位熱能發(fā)電技術(shù)之一.本文針對ORC系統(tǒng)建立了結(jié)構(gòu)參數(shù)和系統(tǒng)操作參數(shù)同步優(yōu)化的換熱設(shè)備多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用R245fa為工質(zhì)和板式換熱器，以效率更大和比投資成本更小為目標(biāo)函數(shù).首先分析了單個變量(蒸發(fā)壓力，冷凝壓力，過熱度，蒸發(fā)器板間距，冷凝器板間距)對系統(tǒng)性能的影響，然后選取了系統(tǒng)的運行參數(shù)(蒸發(fā)壓蒸發(fā)壓力，冷凝壓力，過熱度)和換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)(蒸發(fā)器和冷凝器的板長，板寬，板間距)九個參數(shù)為決策變量，利用遺傳算法進行ORC換熱設(shè)備結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)多目標(biāo)同步優(yōu)化，獲得多目標(biāo)優(yōu)化的Pareto更優(yōu)前沿及對應(yīng)的更優(yōu)系統(tǒng)運行參數(shù)和更佳換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)組合。ORC余熱發(fā)電系統(tǒng)密封性良好。蘭州orc低溫余熱發(fā)電技術(shù)
根據(jù)包鋼薄板廠寬厚板2號加熱爐的高溫?zé)煔鈪?shù)，采用多級軸流ORC透平發(fā)電機組對該加熱爐的高溫?zé)煔鉄崮苓M行回收發(fā)電，機組發(fā)電工藝為：高溫?zé)煔馀c熱水換熱，再將熱水引入蒸發(fā)器與有機工質(zhì)R245fa換熱，產(chǎn)生R245fa蒸汽推動ORC膨脹機膨脹做功并帶動發(fā)電機發(fā)電，膨脹機膨脹后的乏汽進入蒸發(fā)式冷凝器冷凝成液態(tài)，經(jīng)工質(zhì)泵進入預(yù)熱器預(yù)熱后進入蒸發(fā)器再次蒸發(fā)成氣態(tài)。該機組采用高效軸流反動式透平膨脹機和同步發(fā)電機，整個機組采用集散設(shè)計，透平膨脹機的設(shè)計技術(shù)較成熟，單機能實現(xiàn)小功率到大功率的任意設(shè)計。蘭州orc低溫余熱發(fā)電技術(shù)ORC對較低溫度熱源的利用有更高的效率。
國外對于低溫余熱的研究開始于20世紀(jì)70年代，其中對ORC系統(tǒng)進行研究的更早，早在20世紀(jì)20年代初期，就有人開始研究使用苯醚為工質(zhì)的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)。通過對國內(nèi)外大部分ORC系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)商及相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)的分析和研究，發(fā)現(xiàn)ORC系統(tǒng)比較適合用于300℃以下的余熱熱源.工業(yè)余熱資源回收潛力和余熱發(fā)電環(huán)保效應(yīng)巨大，美國公司曾經(jīng)建造了利用煉油廠為余熱（110℃）的ORC系統(tǒng)，該系統(tǒng)運用單級向心透平，有機工質(zhì)為R113，輸出功率約為1174KW。美國公司和日本曾建造了以工業(yè)廢熱為熱源的ORC系統(tǒng)，更終取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。
ORC應(yīng)用領(lǐng)域及經(jīng)濟性分析：生物質(zhì)發(fā)電，生物質(zhì)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域如木材廠、農(nóng)業(yè)廢棄物中普遍存在。但是由于實現(xiàn)清潔生物質(zhì)能燃燒的投資比傳統(tǒng)的燃料投入更大，所以對于小型生物質(zhì)發(fā)電廠，其發(fā)電成本并沒有太大競爭力，可以通過熱電聯(lián)產(chǎn)的方式來實現(xiàn)投資盈利。因此，為了實現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換，生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)電廠通常是由熱需求，而不是電力需求來驅(qū)動的。通常，一個典型的生物質(zhì)熱電廠的裝機規(guī)模在發(fā)電功率1~2MW左右，同時可提供6~10MW的熱功率。使用有機朗肯循環(huán)可以用有機工質(zhì)將低溫余熱回收后進行發(fā)電。
有機朗肯循環(huán)(ORC)在中低溫?zé)崮芑厥疹I(lǐng)域有著普遍的應(yīng)用，但在中低溫范圍內(nèi)很多熱源工況存在較強的波動，如太陽熱能，工業(yè)或內(nèi)燃機煙氣余熱等。ORC系統(tǒng)在變工況熱源驅(qū)動下可能會產(chǎn)生如下問題：系統(tǒng)吸熱過多導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)溫度、壓力過高，工質(zhì)裂解；系統(tǒng)吸熱不足而導(dǎo)致膨脹機液擊，系統(tǒng)無法正常運行。因此，研究ORC系統(tǒng)在變工況熱源下的動態(tài)運行情況變得十分重要。以O(shè)RC系統(tǒng)在變工況熱源下的動態(tài)特性為主要研究對象，采用實驗研究與仿真模擬相結(jié)合的研究方法。ORC發(fā)電機組的裝機容量和對電網(wǎng)的運用范圍更廣。蘭州orc低溫余熱發(fā)電技術(shù)
有機朗肯循環(huán)發(fā)電技術(shù)透平尺寸小。蘭州orc低溫余熱發(fā)電技術(shù)
在ORC低溫余熱發(fā)電系統(tǒng)中，有機工質(zhì)的研究和選擇是更重要的內(nèi)容之一，因為有機工質(zhì)的物理性質(zhì)對熱源的回收效率起著決定性的作用，并對系統(tǒng)組件的設(shè)計難度有重要影響。例如，工質(zhì)的冷凝壓力高，會導(dǎo)致密封系統(tǒng)設(shè)計難度高。由于ORC系統(tǒng)回收的是低溫余熱，為了使工作介質(zhì)在較低溫度下汽化，應(yīng)采用沸點較低的有機工作介質(zhì)。同時，低沸點有機工作介質(zhì)還應(yīng)具有以下理想特性：低臨界壓力和臨界溫度，良好的干濕性能，低粘度，低表面張力，高循環(huán)效率，較高的安全性和環(huán)境友好性，根據(jù)機器運行環(huán)境，合理選擇國內(nèi)主流出色有機工質(zhì)作為ORC機組運行工質(zhì)。蘭州orc低溫余熱發(fā)電技術(shù)
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