低溫?zé)崮馨l(fā)電ORC原理

低溫?zé)崮馨l(fā)電ORC原理第1頁/共54頁Contents研究背景1中低溫?zé)崮苡袡C(jī)朗肯循環(huán)原理2循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究3有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化5有機(jī)朗肯循環(huán)熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法6有機(jī)朗肯循環(huán)樣機(jī)的研制7膨脹設(shè)備的選擇4第2頁/共54頁

節(jié)能減排是緩解能源及環(huán)境危機(jī)的重要舉措，余熱回收、太陽能及生物質(zhì)能的高效利用是節(jié)能減排的重要環(huán)節(jié)。而利用300℃以下數(shù)量巨大的中低溫余熱、太陽能和生物質(zhì)能發(fā)電則是重點(diǎn)與難點(diǎn)。研究中低溫?zé)崮芨咝Оl(fā)電技術(shù)，意義重大。研究背景第3頁/共54頁

中低溫?zé)崮馨l(fā)電的兩種主要熱力循環(huán)

水蒸汽朗肯循環(huán)有機(jī)朗肯循環(huán)(OrganicRankineCycles)ORC系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：構(gòu)成簡單;具有較高的效率;縮小透平尺寸;簡化蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)；裝機(jī)容量可大可小，在幾kW-1萬kW范圍內(nèi)均具較高效率;在寒冷地區(qū)的冬季，能最大限度利用冷、熱端的溫差高效運(yùn)行;能使系統(tǒng)中各點(diǎn)的壓力均高于或與外界大氣壓接近，防止空氣漏人;能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無人值守運(yùn)行。研究背景第4頁/共54頁Contents研究背景1中低溫?zé)崮苡袡C(jī)朗肯循環(huán)原理2循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究3有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化5有機(jī)朗肯循環(huán)熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法6有機(jī)朗肯循環(huán)樣機(jī)的研制7膨脹設(shè)備的選擇4第5頁/共54頁有機(jī)工質(zhì)蒸汽發(fā)生器工質(zhì)加壓泵(一)單級(jí)ORC循環(huán)有機(jī)朗肯循環(huán)原理低溫余熱發(fā)電ORC系統(tǒng)原理圖第6頁/共54頁無排汽回?zé)岽胧┑腛RC循環(huán)

帶排汽回?zé)岽胧┑腛RC循環(huán)

有機(jī)朗肯循環(huán)原理需注意回?zé)崞鞯淖枇?duì)透平性能的影響第7頁/共54頁

有機(jī)朗肯循環(huán)的冷端可采用風(fēng)冷、水冷或蒸發(fā)式冷凝方式。為了提高有機(jī)朗肯循環(huán)的性能:對(duì)于室外空溫度低于0℃的寒冷地區(qū)，需采用風(fēng)冷方式；對(duì)于室外空氣的干球與濕球溫度相差較大的地區(qū)，宜采用水冷方式；對(duì)于室外空氣的干球與濕球溫度相差較大且干旱缺水地區(qū)，可采用異形高效傳熱管的蒸發(fā)式冷卻方式。水冷冷端風(fēng)冷冷端蒸發(fā)式冷凝冷端有機(jī)朗肯循環(huán)原理第8頁/共54頁

當(dāng)熱源溫度在200℃以上時(shí)，采用多級(jí)復(fù)疊機(jī)朗肯循環(huán)能獲得較高的效率：在多級(jí)復(fù)疊機(jī)朗肯循環(huán)的頂循環(huán)使用沸點(diǎn)高的有機(jī)工質(zhì)，在多級(jí)復(fù)疊機(jī)朗肯循環(huán)的底循環(huán)使用沸點(diǎn)低的有機(jī)工質(zhì)。此外還可利用頂循環(huán)透平排氣進(jìn)行制冷及制熱，在一套裝置里實(shí)現(xiàn)冷熱電聯(lián)供，實(shí)現(xiàn)中低溫?zé)崮艿奶菁?jí)利用。雙級(jí)ORC冷熱電聯(lián)供有機(jī)朗肯循環(huán)原理（二）多級(jí)ORC及冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)第9頁/共54頁有機(jī)朗肯循環(huán)原理

以聚焦太陽能發(fā)電兩級(jí)復(fù)疊ORC系統(tǒng)為例，在使用TherminolVP-I導(dǎo)熱油作中間流體的情況下，其計(jì)算結(jié)果見下表：工質(zhì)匹配導(dǎo)熱油溫?zé)嵝虱h(huán)己烷/丁烷293℃31.3%甲苯/丁烷293℃32.5%甲苯/丁烷390℃36.0%

當(dāng)熱源溫度在200℃以上時(shí)，采用多級(jí)復(fù)疊機(jī)朗肯循環(huán)能獲得較高的效率：在多級(jí)復(fù)疊機(jī)朗肯循環(huán)的頂循環(huán)使用沸點(diǎn)高的有機(jī)工質(zhì)，在多級(jí)復(fù)疊機(jī)朗肯循環(huán)的底循環(huán)使用沸點(diǎn)低的有機(jī)工質(zhì)。此外還可利用頂循環(huán)透平排氣進(jìn)行制冷及制熱，在一套裝置里實(shí)現(xiàn)冷熱電聯(lián)供，實(shí)現(xiàn)中低溫?zé)崮艿奶菁?jí)利用。第10頁/共54頁Contents研究背景1中低溫?zé)崮苡袡C(jī)朗肯循環(huán)原理2循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究3有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化5有機(jī)朗肯循環(huán)熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法6有機(jī)朗肯循環(huán)樣機(jī)的研制7膨脹設(shè)備的選擇4第11頁/共54頁（一）工質(zhì)選擇的注意事項(xiàng)環(huán)保性能盡量選用沒有破壞和溫室效應(yīng)低的工質(zhì)，如HFC類、HC類、FC類碳?xì)浠衔镂锘蚱潲u代烴?；瘜W(xué)穩(wěn)定性。循環(huán)熱力參數(shù)應(yīng)控制在工質(zhì)不發(fā)生熱分解之范圍。工質(zhì)的安全性。包括毒性、易燃易爆性、對(duì)設(shè)備管道的腐蝕性等。但要辯證對(duì)待工質(zhì)的可燃性。合適的臨界參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)及凝固溫度。熱源溫度較高時(shí)，盡量選臨界溫度較高的工質(zhì)。滿足：pe,max<=2.0MPa,pc,min>=0.005MPa

循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究液態(tài)及氣態(tài)密度較大。降低輸送泵功，減少管道及設(shè)備尺寸。汽化潛熱較大。HV較大，循環(huán)效率較高，對(duì)于有機(jī)工質(zhì)來說，HV較大的流體接近于等熵流體。第12頁/共54頁液態(tài)定壓比熱盡量低。Cpl越低，飽和液線越接近垂直，工質(zhì)的吸熱過程也接近等熵線，循環(huán)也越接近卡諾循環(huán)，易取得較高效率。循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究工質(zhì)的換熱及流動(dòng)性能。一般盡量選用對(duì)流換熱系數(shù)高、粘度較低、流動(dòng)阻力小的循環(huán)工質(zhì)。價(jià)格、成本要求。循環(huán)工質(zhì)應(yīng)廉價(jià)、易購買。換熱設(shè)備及管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要盡量減少工質(zhì)的充灌量。工質(zhì)的選擇應(yīng)在對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行全面分析與優(yōu)化的原則下進(jìn)行，且不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)所優(yōu)選的工質(zhì)會(huì)有不同。一般，在熱源溫度較低時(shí)，盡量選擇干流體或等熵流體，且以飽和蒸汽進(jìn)膨脹機(jī)，此時(shí)單位熱源質(zhì)量流量輸出功率最大。第13頁/共54頁循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究此外，應(yīng)：（1）加大對(duì)一些較穩(wěn)定的自然工質(zhì)ORC系統(tǒng)的開發(fā)。如CO2、甲烷、NH3，尤其是NH3、甲烷，其傳熱較好、ORC系統(tǒng)的壓力不高，在熱源溫度較高時(shí)，可以采用較大的過熱度，獲得較高的效率。（2）加大對(duì)混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)的開發(fā)。尤其是加大環(huán)保型非共沸工質(zhì)、CO2+環(huán)保型有機(jī)工質(zhì)非共沸混合體系的熱物性研究。（3）加大對(duì)防工質(zhì)泄漏技術(shù)措施的研究，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮事故及正常維修情況下工質(zhì)的回收措施，研究一些性能優(yōu)越過渡工質(zhì)（如HCFC123)的收集及無害化利用、處理技術(shù)。第14頁/共54頁

經(jīng)研究表明，選用恰當(dāng)?shù)慕M元，當(dāng)混合體系的組元數(shù)超過3時(shí)，在泡露點(diǎn)間的汽液兩相區(qū)，混合工質(zhì)的比焓與溫度間趨于線性依變關(guān)系，便能最大限度減少溫差傳熱不可逆損失。因此，使用熱力性能優(yōu)良的混合工質(zhì)是改善ORC系統(tǒng)的重要措施。尤其是在采用風(fēng)冷冷端、或冷卻介質(zhì)進(jìn)出口溫差較大的情況下，使用非共沸混合工質(zhì)可在保證所需傳熱溫差的條件下，減少溫差傳熱不可逆損失，使系統(tǒng)獲得較高的效率。

（二）混合工質(zhì)熱力性質(zhì)的計(jì)算方法循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究第15頁/共54頁

多元混合工質(zhì)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于工質(zhì)物性的預(yù)測計(jì)算。因許多有機(jī)工質(zhì)都是非極性物質(zhì)，本項(xiàng)目研究選用通用性很好、國際上研究比較成熟、形式簡單的立方形狀態(tài)方程PR（PENG-ROBINSON)方程,其余熱力學(xué)導(dǎo)出參數(shù)(焓、熵、自由能、逸度),均采用余函數(shù)方程進(jìn)行計(jì)算,對(duì)于混合工質(zhì)采用VanderWaals混合規(guī)則，這樣便于程序設(shè)計(jì)和ORC系統(tǒng)性能的仿真研究。

循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究第16頁/共54頁VanderWaals混合規(guī)則導(dǎo)出參數(shù)(其中自由能、比熵、比焓采用余函數(shù)方程計(jì)算）1).逸度系數(shù)Peng-Robinson狀態(tài)方程2).比自由能3).比熵4).比焓5).理想氣體基準(zhǔn)參數(shù)循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究第17頁/共54頁混合工質(zhì)的汽液相平衡歸一化方程，

混合規(guī)則中的二元相互作用系數(shù)kij反映了混合物中兩種分子間的相互作用及非理想作用的特性，是混合工質(zhì)熱力性質(zhì)計(jì)算的關(guān)鍵參數(shù)，其準(zhǔn)確度直接影響到物性計(jì)算結(jié)果的精度。一般kij需由混合工質(zhì)的大量pVTx實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)函數(shù)和最優(yōu)化算法得出，這妨礙了對(duì)眾多混合工質(zhì)的研究，降低了熱力學(xué)的預(yù)測能力。為此，對(duì)二元體系我們采用kij的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)多元體系采用kij差值關(guān)聯(lián)模型。二元混合工質(zhì)相互作用系數(shù)kij經(jīng)驗(yàn)公式多元(n>=3)體系kij差值關(guān)聯(lián)模型

i、j以正常沸點(diǎn)從低到高為排序依據(jù)；nF為氟原子的個(gè)數(shù)。

對(duì)國際上已公布pVTx實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的混合體系汽液相平衡（VLE）的計(jì)算結(jié)果表明，該預(yù)測方法具體較高的精度，從而提高了PR方程的推算能力，確保了ORC循環(huán)性能預(yù)測的可靠性。循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究第18頁/共54頁Contents研究背景1中低溫?zé)崮苡袡C(jī)朗肯循環(huán)原理2循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究3有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化5有機(jī)朗肯循環(huán)熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法6有機(jī)朗肯循環(huán)樣機(jī)的研制7膨脹設(shè)備的選擇4第19頁/共54頁（一）螺桿式膨脹機(jī)（Screwexpander)膨脹設(shè)備的選擇開啟式膨脹機(jī)外形半封閉式膨脹機(jī)外形陰陽轉(zhuǎn)子第20頁/共54頁膨脹設(shè)備的選擇螺桿壓縮機(jī)與膨脹機(jī)的區(qū)別與聯(lián)系第21頁/共54頁膨脹設(shè)備的選擇螺桿壓縮機(jī)工作示意圖第22頁/共54頁膨脹設(shè)備的選擇螺桿膨脹機(jī)工作示意圖第23頁/共54頁技術(shù)成熟度高。其結(jié)構(gòu)與螺桿壓縮機(jī)完全一致，只是旋轉(zhuǎn)方向不同。屬于容積式膨脹機(jī)械（活塞、渦旋、螺桿），不需要噴嘴、動(dòng)葉，機(jī)組動(dòng)力性能受氣動(dòng)特性影響較小，機(jī)內(nèi)流速低，無余速損失，設(shè)計(jì)制造比較簡單、造價(jià)低、低溫下的效率可能比透平機(jī)高，螺桿膨脹動(dòng)力機(jī)在工作介質(zhì)壓力大幅波動(dòng)時(shí),內(nèi)效率幾乎不改變。但當(dāng)進(jìn)口工質(zhì)品質(zhì)較高、流量較大時(shí)，膨脹效率低于葉片式透平，一般效率在70%以內(nèi)。轉(zhuǎn)速較低，可以與普通2極（3000rpm)-4極（1500rpm)發(fā)電機(jī)直聯(lián)，傳動(dòng)效率較高。因氣體流速低，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低，膨脹機(jī)入口可為濕蒸汽、甚至液態(tài)工質(zhì)，避免了排氣過熱，適應(yīng)工況（參數(shù)及負(fù)荷）變化能力較強(qiáng)。膨脹設(shè)備的選擇1螺桿膨脹機(jī)第24頁/共54頁螺桿直徑50-630mm，單臺(tái)機(jī)組的容量在10-1500kW（國內(nèi)有1000kW的水蒸氣螺桿膨脹機(jī)應(yīng)用），比較適合于十千瓦、百千瓦級(jí)的小型ORC系統(tǒng)。膨脹機(jī)進(jìn)出口壓差控制<=1.5-2MPa、溫度在250C以內(nèi)，內(nèi)容積比控制在<5以內(nèi)。當(dāng)工質(zhì)的體積膨脹比大于5時(shí)，應(yīng)用雙級(jí)螺桿膨脹或其他類型的膨脹機(jī)。螺桿機(jī)除軸承、密封外，無其它磨損件，螺桿轉(zhuǎn)速不高，機(jī)組壽命長，維修費(fèi)用低，安全可靠性高。螺桿膨脹機(jī)允許單機(jī)和并網(wǎng)運(yùn)行，扭矩大，能直接拖動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵或壓縮機(jī)，當(dāng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)能承受較大的沖擊負(fù)荷?？块g隙密封,可在工作腔噴油，密封性能好。在采用易燃易爆工質(zhì)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)壓力應(yīng)高于外界環(huán)境壓力。膨脹設(shè)備的選擇第25頁/共54頁膨脹設(shè)備的選擇ExpanderoutletExpanderGeneratorOilseparatorOilHeaterExpanderinletOilpumpHotworkingfluidCooledworkingfluid噴油潤滑

（密封）螺桿膨脹機(jī)第26頁/共54頁（二）向心透平（Radialinflowturbine)膨脹設(shè)備的選擇導(dǎo)葉噴嘴轉(zhuǎn)子(動(dòng)葉）第27頁/共54頁膨脹設(shè)備的選擇多級(jí)向心透平透平-電機(jī)第28頁/共54頁單級(jí)向心透平與單級(jí)軸流透平相比：

(1)級(jí)的余速損失和葉輪中的流動(dòng)損失比較小，可以獲得較高的輪周效率；在小流量情況下表現(xiàn)更加明顯，幾乎所有小流量的透平都采用向心式；

(2)向心透平對(duì)它的動(dòng)葉的氣動(dòng)性能要求較低，即使葉片幾何形狀加工不精確或者表面不光滑，透平的效率也不會(huì)受太大的影響；

(3)向心透平易利用可調(diào)的導(dǎo)葉來實(shí)現(xiàn)透平的流量調(diào)節(jié)，具有較寬的運(yùn)行范圍。膨脹設(shè)備的選擇第29頁/共54頁膨脹設(shè)備的選擇（4）向心透平主要在功率較小的范圍內(nèi)適用，<=1000kW。（5）當(dāng)透平比轉(zhuǎn)速<0.13時(shí)，透平應(yīng)設(shè)計(jì)成向心的。

（6）為了避免噴嘴超音速產(chǎn)生的損失，一般應(yīng)將單級(jí)壓比控制在<4-6。（7）向心透平可以獲得較高的輪周效率，一般>86%;日本曾報(bào)告過的90％。（8）但是小功率的向心透平的軸效率大多較低，因此功率一般應(yīng)>=25kW。高壓比、小流量的向心透平一般在70％--75%的水平。第30頁/共54頁（三）軸流透平（Axial-flowturbine)膨脹設(shè)備的選擇第31頁/共54頁一般當(dāng)容量>=500kW時(shí)，采用軸流透平較有利。在大容量下，軸流透平的效率比其余類型膨脹機(jī)的高。為了避免噴嘴超音速產(chǎn)生的損失，一般應(yīng)將單級(jí)壓比控制在<4-6。當(dāng)軸流透平內(nèi)工質(zhì)的體積膨脹比小于50時(shí)，采用單級(jí)便能獲得80%以上的等熵效率，當(dāng)膨脹比大于50時(shí)，采用多級(jí)軸流透平。膨脹設(shè)備的選擇第32頁/共54頁（四）渦旋式膨脹機(jī)（ScrollExpander)膨脹設(shè)備的選擇軸功范圍：1-10kW第33頁/共54頁膨脹設(shè)備的選擇膨脹設(shè)備選擇圖第34頁/共54頁Contents研究背景1中低溫?zé)崮苡袡C(jī)朗肯循環(huán)原理2循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究3有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化5有機(jī)朗肯循環(huán)熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法6有機(jī)朗肯循環(huán)樣機(jī)的研制7膨脹設(shè)備的選擇4第35頁/共54頁

國際對(duì)水的沸騰及凝結(jié)相變傳熱的研究較為成熟，但對(duì)數(shù)量眾多的有機(jī)工質(zhì)的相變換熱研究相對(duì)較少，因?yàn)槲覀兇罱擞袡C(jī)工質(zhì)的管內(nèi)流動(dòng)沸騰（凝結(jié)）換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)，完成了R245fa、R134a、R123的相變換熱實(shí)驗(yàn)研究。（一）傳熱機(jī)理研究有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化有機(jī)工質(zhì)傳熱實(shí)驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)段測點(diǎn)布置第36頁/共54頁

蒸發(fā)溫度為50℃時(shí)管內(nèi)平均換熱系數(shù)隨含汽率及質(zhì)量流速的變化蒸發(fā)溫度為60℃時(shí)管內(nèi)平均換熱系數(shù)隨含汽率及質(zhì)量流速的變化實(shí)測流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)與CHEN公式計(jì)算值間的誤差實(shí)測流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)與Liu–Winterton公式計(jì)算值間的誤差實(shí)測流動(dòng)沸騰換熱系數(shù)與Shah公式計(jì)算值間的誤差有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化第37頁/共54頁

有機(jī)流體的傳熱都比水差很多，尤其是在使用非共沸混合工質(zhì)時(shí)，必須考慮有機(jī)工質(zhì)的強(qiáng)化傳熱措施。為了確保透平進(jìn)氣為干飽和蒸汽，我們常采用管殼式蒸汽發(fā)生器，導(dǎo)熱油（或其他熱流體）走管內(nèi)，殼程為有機(jī)工質(zhì)。

為了強(qiáng)化有機(jī)工質(zhì)在殼程的池沸騰傳熱，開發(fā)了三維肋片GY管，肋管外表呈龍鱗形狀，如圖。（二）強(qiáng)化傳熱技術(shù)的研發(fā)有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化三維肋片GY管第38頁/共54頁

對(duì)比在常壓下光滑管及GY強(qiáng)化加熱管管外R123的池沸騰，可以發(fā)現(xiàn)GY管能極大地加強(qiáng)管外R123的沸騰過程。據(jù)初步分析其強(qiáng)化主要機(jī)理有三點(diǎn)：（1）在外肋片與壁面的23°夾角空間中的液體會(huì)形成薄液膜沸騰，液膜表面對(duì)氣泡生長、脫離產(chǎn)生抑制作用，使泡底微膜的導(dǎo)熱和蒸發(fā)得到加強(qiáng)，沸騰得以強(qiáng)化；（2）根據(jù)場協(xié)同理論，由于管外壁凹穴前后的速度場與溫度梯度場之間夾角小、協(xié)同程度會(huì)更好，使管外沸騰換熱得到強(qiáng)化；有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化（3）龍鱗狀的三維外肋管表面，增加了沸騰換熱面積，眾多微小凹穴和肋脊表面，使得汽化核心點(diǎn)相應(yīng)增多，液膜沸騰時(shí)壁表面產(chǎn)生氣泡數(shù)目會(huì)增加。隨著熱流密度的增大，氣泡長大脫離壁面會(huì)加快，液體回流沖刷壁面也加快，強(qiáng)化了液體與壁面間的對(duì)流換熱。大量氣泡上升途中會(huì)加劇對(duì)液體的擾動(dòng)流動(dòng)，強(qiáng)化沸騰換熱。第39頁/共54頁經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，在相同熱流密度下，GY強(qiáng)化管與光管外的池沸騰相比，強(qiáng)化倍率為光管的3.65倍左右。GY管是一種具有優(yōu)良管外沸騰換熱性能的強(qiáng)化管，很適合用做低溫?zé)崮馨l(fā)電ORC蒸汽發(fā)生器的傳熱管件。水平光滑管沸騰換熱系數(shù)與熱流密度的關(guān)系GY管沸騰換熱系數(shù)與熱流密度的關(guān)系有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化第40頁/共54頁（三）高效直接接觸式蒸汽發(fā)生器的研制

為了進(jìn)一步提高換熱設(shè)備的性能和緊湊程度、降低設(shè)備造價(jià)，在采用高沸點(diǎn)流體作中間傳熱流體的情況下，利用高沸點(diǎn)中間導(dǎo)熱流體與有機(jī)工質(zhì)間沸點(diǎn)差別較大的特性，采用導(dǎo)熱流體-有機(jī)工質(zhì)直接接觸式強(qiáng)化換熱措施，可望得到較好的結(jié)果。

通過對(duì)直接接觸式蒸汽發(fā)生器性能的測試，結(jié)合分散相液滴群在連續(xù)相中的氣泡動(dòng)力學(xué)研究，初步得出直接接觸式蒸汽發(fā)生器容積換熱系數(shù)比同工況下的管殼式換熱器高50%-70%。目前，正在進(jìn)行直接接觸式換熱器的參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，爭取試制出能用于樣機(jī)的直接接觸式高效蒸汽發(fā)生器。有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化直接接觸式強(qiáng)化傳熱試驗(yàn)臺(tái)第41頁/共54頁Contents研究背景1中低溫?zé)崮苡袡C(jī)朗肯循環(huán)原理2循環(huán)工質(zhì)的選擇及物性研究3有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化5有機(jī)朗肯循環(huán)熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法6有機(jī)朗肯循環(huán)樣機(jī)的研制7膨脹設(shè)備的選擇4第42頁/共54頁系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

單目標(biāo)優(yōu)化法

系統(tǒng)輸出功率

單位換熱面積輸出功率

蒸汽發(fā)生器緊湊性指標(biāo)

蒸汽發(fā)生器單位容積輸出功率

多目標(biāo)優(yōu)化法單位換熱面積輸出功率蒸汽發(fā)生器單位容積輸出功率+經(jīng)濟(jì)優(yōu)化法

年度化總成本最小優(yōu)化法

單位成本凈利潤最大優(yōu)化法

年度化凈利潤最大優(yōu)化法熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法第43頁/共54頁（一）單目標(biāo)優(yōu)化法

1）目標(biāo)函數(shù)：

系統(tǒng)輸出功率或總?損評(píng)價(jià)指標(biāo)單位換熱面積輸出功率評(píng)價(jià)指標(biāo)蒸汽發(fā)生器緊湊性評(píng)價(jià)指標(biāo)蒸汽發(fā)生器單位容積輸出功率評(píng)價(jià)指標(biāo)熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法第44頁/共54頁2）約束條件：為了滿足理論及技術(shù)上的可行性，同時(shí)使獨(dú)立變量在優(yōu)化過程中的取值都在可行域內(nèi)，熱力系統(tǒng)的某些熱工參數(shù)、流動(dòng)參數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)必須滿足一定的約束條件。熱工參數(shù)的熱力學(xué)約束條件:結(jié)構(gòu)參數(shù)約束條件:流動(dòng)參數(shù)約束條件:a.蒸汽發(fā)生器的預(yù)熱段管內(nèi)工質(zhì)流速：b.蒸汽發(fā)生器的蒸發(fā)段管內(nèi)工質(zhì)流速：

c.蒸汽發(fā)生器的過熱段管內(nèi)工質(zhì)流速：

熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法第45頁/共54頁循環(huán)效率及單位換熱面積輸出功率隨蒸發(fā)溫度的變化凈輸出功率及最終排煙溫度隨蒸發(fā)溫度的變化總換熱面積及余熱鍋爐夾點(diǎn)溫差隨蒸發(fā)溫度的變化循環(huán)效率及單位換熱面積輸出功率隨凝結(jié)溫度的變化熱力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法第46頁/共54頁總換熱面積及余熱鍋爐夾點(diǎn)傳熱溫差隨透平進(jìn)汽溫度的變化循環(huán)效率及單位換熱面積輸出功率隨循環(huán)工質(zhì)/煙氣流量比的變化規(guī)律循環(huán)效率及單位換熱面積輸出功率隨換熱器效能的變化規(guī)律總換熱