基于非共沸工质喷射式有机闪蒸循环系统热性能研究

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基于MATLAB 2018b软件构建了稳态的喷射式有机闪蒸循环(Organic Flash Cycle with ejector,喷射式OFC)系统模型,采用R245fa/R1234ze混合物为系统循环工质,对100-200℃的地热水热能进行回收利用。分别对闪蒸压力、R245fa摩尔组分以及热源温度的变化对系统热性能参数的影响进行了研究。通过构建非共沸工质R245fa/R1234ze喷射式OFC系统经济性计算模型,研究了闪着压力为最优闪蒸压力时,热源温度分别为定热源温度(TH=150℃)以及变热源温度(TH=100-200℃)的工况下,R245fa摩尔组分的变化对系统经济性参数的影响。此外,基于SPSS统计分析软件对R245fa/R1234ze喷射式OFC系统的热性能和经济性关键参数进行了相关分析和回归分析,得出对应的相关系数及回归方程以对工业化投产决策提供量化依据。研究结果表明:(1)采用非共沸工质R245fa/R1234ze,可有效提高喷射式OFC系统的热性能。系统净输出功率达到最大值时对应的闪蒸压力为最优闪蒸压力,且最优闪蒸压力唯一。当热源温度为150C且R245fa/R1234ze混合工质摩尔组分为0.9/0.1时,系统最大净输出功率、热效率和(火用)效率达到最大值,最小总(火用)损达到最小值。相较于R1234ze和R245fa两种纯工质,系统最大净输出功率分别提高84.23%和4.52%,热效率分别提高75.6%和0.22%,系统最大(火用)效率分别提高84.17%和4.52%,系统最小总(火用)损分别减小28.68%和3.85%。(2)在热源温度分别为100-200℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的条件下,随热源温度的升高,系统最大净输出功率、系统最大热效率和系统最小总(火用)损均逐渐增大,且当热源温度小于160℃时,R245fa/R1234ze混合工质对应的系统最小总(火用)损均小于纯工质对应的系统最小总(火用)损。系统最大(火用)效率先提高后降低,当热源温度为150℃且R245fa摩尔组分为0.9时,系统最大(火用)效率为45.60%,此时系统最大(火用)效率达到最大值。(3)采用非共沸工质R245fa/R1234ze,可有效降低喷射式OFC系统的发电成本,提高系统的经济性。在热源温度为150℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的工况下,当R245fa摩尔组分为0.9时,吸热器换热面积和冷凝器换热面积均达到最大值,此时设备总成本也达到最大值;发电成本相较于R1234ze纯工质而言,相对减小21.89%。在热源温度分别为100-200℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的工况下,不同热源温度对应的设备总成本达到最大值,但此时R245fa/R1234ze混合工质对应的发电成本均小于R1234ze纯工质时对应的发电成本。(4)在热源温度为150℃和最优闪蒸压力的工况下,R245fa摩尔组分能够显著影响喷射式OFC系统热性能和经济性。并且系统最大净输出功率与经济性的关键参数存在相关性,其中设备总成本与系统最大净输出功率呈显著性正相关;发电成本和系统最大净输出功率之间负相关性显著。并且决定系数R2均大于0.8,相应的回归方程拟合效果显著。纯工质R1234ze作为循环工质时,系统投资回收周期最长,且随着R245fa摩尔组分的增加逐渐减小。
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