ORC系统热力性能计算程序开发

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1、OＲC系统热力性能计算程序开发张丽娜，朱彤，王海鹰，黄晓艳(同济大学机械与能源工程学院，上海201804)摘要:在有机朗肯循环(OＲC)系统设计理论基础上，结合Matlab2010a平台及ＲEFPＲOP(工质物性)8．0数据库，编写了低品位余热发电OＲC系统热力性能的计算程序。参照实例的设计参数，运用该程序进行了OＲC系统的设计，并将程序运算结果与实际运行参数进行了对比。结果表明，该程序具有工质筛选、系统循环热力计算以及设备初步选型等应用功能，且运算结果准确。关键词:有机朗肯循环;计算程序;工质筛选;循环热力计算中图分类号:TK11+5文献标识码

2、:A引言有机朗肯循环(OＲC)系统利用低沸点有机工质回收中低温余热和废热，并将热能转换为电能机械能。目前，主要应用于太阳能热发电、地热能发电和工业余热发电等领域。近几年，对OＲC系统余热发电技术的实验研究和理论研究取得了较大进展。OＲC系统设计不同于蒸汽动力循环，需要针对不同的热源形式筛选不同的有机工质，进而设计计算热力系统的各个关键部件的热力参数，从而优化匹配各主要热力设备。其中，仅工质筛选一项工作，就要考虑工质热物性、安全性、环保性及经济性以满足系统要求。本研究开发了OＲC系统热力性能计算的程序。借助计算机高速的运算能力和对数据库的灵活调用功

3、能，该程序可快捷实现包括设备初步选型在内的OＲC系统设计和优化工作，节省设计者的时间和精力，提高设计效率。1程序介绍1．1程序编写环境以Matlab2010a为平台，结合ＲEFPＲOP8．0工质物性数据库开发而成。1．2程序模块该程序包括工质筛选、系统循环设计、系统部件设计、文件以及帮助5个模块。其中，前3个是主要模块，结构如图1所示。此外，文件模块为用户提供基本的编辑操作，如文件保存、输出、关闭和打印等帮助模块为用户提供联机帮助。图1主要模块结构框图Fig．1Structuralblockdiagramofthemainmodules2程序设

4、计思想2．1工质筛选2．1．1工质选用基本原则除了考虑工质的环保性、安全性和经济性外，应用于OＲC系统的理想有机工质还应满足以下要求［1～2］:(1)为避免循环工质在膨胀机内液化而破坏、降低膨胀机性能，应尽量选择干工质或等熵工质。收稿日期:2013－05－17;修订日期:2013－09－05基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20090072120031);同济大学青年优秀人才培养行动计划资助项目(2009KJ051)作者简介:张丽娜(1988－)，女，山东泰安人，同济大学硕士研究生.(2)为避免跨临界循环可能带来的问题，工质的临界

5、温度应高于系统最高温度。(3)考虑设备承压能力，系统中最高温度所对应的工质饱和压力不宜过高;同时，为防止外界空气渗入循环系统，系统中的最低饱和压力应高于环境大气压。(4)为防止工质在系统中发生堵塞，工质的三相点温度应低于环境最低温度。2．1．2工质热物性(1)沸点温度标准大气压下，大部分有机工质的沸点温度很低，将其冷却到饱和或过冷液体时需较低温度的冷源。OＲC系统中常用冷源为自然冷源，如大气环境或水。因此，选择沸点温度高于环境温度的工质是十分有必要的。(2)汽化潜热工质汽化潜热会影响系统循环性能。在确定的蒸发、冷凝温度下，汽化潜热越大，单位质量流

6、量的工质在膨胀机中的输出功越大［3］。据此，在OＲC系统中宜选择汽化潜热大的工质作为系统循环工质。(3)饱和温度及压力在OＲC系统中，通常热源温度决定了工质在系统中的最高压力，冷源温度决定了工质在系统中的最低压力，故工质的饱和性质要与余热资源和冷源温度相匹配。研究表明，OＲC系统中最高压力一般为1～2MPa，最低压力宜高于大气压力［4］。2．1．3评价指标及标准基于上述工质筛选的主要考虑因素，相应的评价指标及筛选标准如表1所示。表1工质评价指标及筛选标准Tab．1Workingmediumevaluationindexandsiftingstan

7、dard考虑因素评价指标筛选标准消耗臭氧潜能值ODP全球变暖潜能值GWP安全等级干湿性ds/dT沸点Tb/K汽化潜热γ/kJ/kg蒸发压力Pevop/MPaODP≤0．05GWP≤5000A1、A2、A3、B1、B2、B3环保性安全性ds/dT≥0Tb≥273．15γ＞100Pevop=1～2热物性注:安全等级中，A、B分别代表低毒和高毒;1、2、3分别表示不可燃、可燃性和爆炸性。通过表1的判断标准进行筛选后，可选出设计条件下适用的候选工质。计算各待选工质在其蒸发温度范围内的做功能力与系统热效率，并按照热效率由高到低的顺序排列。2．2循环系统热

8、力计算2．2．1循环系统介绍(1)基本循环简单OＲC系统由蒸发器、膨胀机、冷凝器和工质泵4部分组成，与水蒸气朗肯循环基本一致，其基本循环