ORC发电装置稳态建模及变工况性能研究
The Steady-state Modeling and Off-design Performance Study for ORC Power Generation Set
为提高能源利用率,国家提出了"十三五"节能环保发展规划,积极鼓励余热能源的开发与利用.作为国内新兴热电转换技术,有机朗肯循环(简称ORC)发电系统具有利用热源温度低、系统工作压力低、系统占地空间小、较好的适应性及高效环保等优点,目前已成为国内余热回收领域研究的热点.ORC低温余热发电装置的研究在国内起步较晚,多以系统部件为研究对象,以理论研究为主,100kW以上级别的研发样机较少.为了对接近工程应用的高功率发电装置系统性能进行深入分析,模拟并预测装置变工况时运行情况,本文对300kW级别的ORC低温余热发电装置稳态建模并仿真,在变工况下对其性能进行分析.首先,根据给定的热源条件,从工业常用制冷剂中进行初步筛选,确定四种工质.通过建立简单系统模型,分别对四种工质的系统内蒸发器出口温度、冷凝器出口温度与系统效率关系进行分析,结合四种工质的实际应用情况,考虑透平设计、使用安全性及经济性等因素,最后确定R134a最为满足本样机的热源条件及装置运行条件.其次,对ORC低温余热发电装置进行从工程到理论的模型转化,合理假设边界条件并简化模型,利用Matlab软件编程,分别采用移动边界法、多项式拟合等方法对系统各部件进行稳态建模,以冷热源及工质泵频率作为输入条件,并考虑避免非常规工况的发生,将各部件模型有机结合.最后,仿真并对比分析了多种变工况条件下系统热力学参数的变化情况,在只改变热源温度或流量、只改变冷源温度或流量及保持过热度不变时热源温度伴随工质泵频率同时上升五种变工况条件下,研究热负荷、冷负荷、蒸发器出口过热度、液位、透平压降、系统效率等性能参数变化情况.仿真结果表明,热源流量对系统效率影响大于冷源流量,热源温度随工质泵频率一起升高的升负荷方式要比单纯的提升热源温度对系统效率提升效果更好,而冷源温度降低对提升系统性能的影响最为显著,每降低1℃的冷源约升高0.2%的系统效率,比热源温度对系统效率的影响高出约10倍.研究成果丰富了国内对于大发电功率下系统仿真模型研究的内容,为样机在变工况下进行调试试验提供理论依据,也可为后续的控制策略提供参考.
- 作者：
- 吴哲
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 轮机工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2017年
- 导师姓名：
- 栾海峰
- 中图分类号：
- TM617
- 关键词：
- 低温余热发电；有机朗肯循环；稳态建模；变工况仿真
- low temperature waste heat power generation; Organic Rankine Cycle; steady-state modeling; off-design condition simulation;