低溫有機朗肯循環(huán)變工況運行研究.pdf

1、有機朗肯循環(huán)(ORC)是利用中低溫熱源的重要技術之一。當前，有機朗肯循環(huán)運行優(yōu)化及機組集成技術有待發(fā)展和完善。本文針對低溫有機朗肯循環(huán)過程集成關鍵技術和核心問題，在低溫熱源條件下開展變工況實驗，獲得有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)輸出特性和關鍵部件運行特性，提出ORC系統(tǒng)優(yōu)化運行的指示性參數(shù)，集成適用于非穩(wěn)定低溫熱源的有機朗肯循環(huán)樣機。
　　建立了完善的有機朗肯循環(huán)實驗系統(tǒng)，采用三柱塞泵作為工質泵，渦旋膨脹機作為熱工轉換設備，R123作為工質。在

2、140～160℃熱源條件下，研究ORC變工況運行特性。三柱塞泵具有相對優(yōu)異的實際運行效率，是文獻報道水平的1.5～2.4倍;工質泵與膨脹機之間存在耦合關系;工質泵發(fā)生氣蝕會造成工質流量顯著偏離和劇烈波動;帶有前置泵的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)能解決工質泵氣蝕問題。對比恒定工質流量和恒定膨脹機轉矩兩種調節(jié)模式下系統(tǒng)瞬態(tài)特性發(fā)現(xiàn)，恒定膨脹機轉矩調節(jié)模式下系統(tǒng)響應較為平穩(wěn)，而恒定工質流量調節(jié)模式下系統(tǒng)響應更為迅速;恒定工質流量模式便于調節(jié)蒸發(fā)壓力，而恒

3、定膨脹機轉矩模式便于調節(jié)膨脹機入口蒸汽過熱度。穩(wěn)態(tài)工況下獲得最大膨脹機軸功為3.45kW，最大熱效率6.29％。膨脹機入口蒸汽過熱度影響膨脹機實際運行效率，存在最佳過熱度（約20℃），對應著最大的膨脹機輸出軸功，以及最大的系統(tǒng)熱效率和炯效率。開展基于單螺桿ORC系統(tǒng)運行特性實驗，在160℃熱源條件下獲得最大膨脹機軸功5.09 kW，最大熱效率為5.05％。相比渦旋膨脹機，單螺桿膨脹機具有單機功率較大、可在較低壓力下運行等特點，更適用于低

4、溫熱源。
　　提出了兩類無量綱積分溫差作為有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)運行優(yōu)化的新指標參數(shù)。在不同熱源溫度下和ORC系統(tǒng)運行參數(shù)下，第一類無量綱積分溫差與蒸發(fā)器比炯損顯著線性相關;存在最佳第二類無量綱積分溫差區(qū)間（0.282±0.01），使得膨脹機有最大輸出功，ORC系統(tǒng)有最大熱效率和最大炯效率。
　　設計并搭建了10 kW級的有機朗肯循環(huán)集成樣機。該樣機采用了單螺桿膨脹機，并集成了遠程監(jiān)測和控制系統(tǒng)。用R245fa作為循環(huán)工質，在80