论文部分内容阅读
中低温余热资源在我国冶金企业中广泛存在,其中高温余热回收技术已经发展的较为成熟,高温余热得到高效率的回收利用,而约占总量48%的中低温余热资源绝大部分未得到回收。有机朗肯循环(ORC)相比于传统的循环方式,可采用低沸点的有机工质,能够回收中低温余热。有机朗肯循环能简化系统设备,提高发电效率。本文就回收利用200℃焦炉烟气余热的有机朗肯循环系统进行了研究。本文建立了有机朗肯循环蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵、中间换热器的数学模型,建立了未添加中间换热器(IHE)的ORC系统模型,添加IHE的系统模型以及添加IHE的系统模型。通过MATLAB与NIST Refprop混合编程的方式,以系统临界温度、最高蒸发温度及工质干湿性等指标的从117种有机工质中筛选出了7种有机工质,并根据这7种工质的系统效率、蒸发温度、膨胀比、膨胀机入口体积流率,确定了其蒸发压力和冷凝温度范围及最优工作点。得出工质R113在蒸发压力1.84MPa、冷凝温度300K,时具有最高的系统效率18.84%,以及工质HEXANE在工作点冷凝温度300K,蒸发压力1.28MPa的效率为18.43%,工质HEXANE具有最高的系统输出功率。考虑了有机工质的环保性能参数Global Warm Potential (GWP)、Ozone Depletion Potential (ODP)以及工质的毒性等参数,得出工质HEXANE、IHEXANE及R123是较为环保的有机工质,综合考虑HEXANE选为最佳的系统循环工质。研究了添加IHE以及过热器对系统性能的影响。添加IHE可提高系统的效率,并随着回热度的增加,系统的效率随之增加,但其受到IHE换热面积的制约,不能趋近理论极限值。添加过热器可提高系统的输出功率,但不能提高系统在膨胀机中的膨胀率,故过热度对系统效率的影响不大。对于选定的循环工质HEXANE,应采用添加IHE的系统循环模型,而不采用过热的系统模型。研究了蒸发压力、冷凝温度对系统性能的影响。蒸发压力越高,系统的热效率、蒸发温度、膨胀比、膨胀机入口体积流率也就越高。冷凝温度越低,系统的效率,工质在膨胀机中的膨胀率越高。降低系统的冷凝温度,能够有效的提高系统的效率,相应的蒸发温度、膨胀比、膨胀机入口体积流率也会随着冷凝温度的降低而升高。在MATLAB-SIMULINK中建立了蒸发器的预热段、蒸发段、过热段三段模型,膨胀机模型、冷凝器模型及工质泵模型。并使用HEXANE作为工质,对其在最优工作区域内的运行进行了调试,得出其在最优工作点附近的系统响应曲线。