【摘要】：化工裝置中存在大量低溫余熱未被回收利用,造成能源浪費(fèi)和環(huán)境熱污染。本文研究了回收化工裝置低溫余熱的一種新方法,即采用有機(jī)朗肯循環(huán)(organic Rankine cycle,簡(jiǎn)稱ORC)發(fā)電技術(shù),將低溫余熱轉(zhuǎn)化為應(yīng)用廣泛的電能,實(shí)用價(jià)值大。目前ORC系統(tǒng)發(fā)電功率少、效率低,而對(duì)其的優(yōu)化分析存在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不全面、有機(jī)工質(zhì)與運(yùn)行參數(shù)以及運(yùn)行參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)分析較少和未對(duì)換熱器進(jìn)行優(yōu)化等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題,本文的主要工作如下:(1)運(yùn)用Aspen Plus軟件設(shè)計(jì)ORC系統(tǒng),針對(duì)優(yōu)化ORC系統(tǒng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不全面的問(wèn)題,本文建立了全面的評(píng)價(jià)模型,以凈輸出功率、換熱器換熱面積和有機(jī)工質(zhì)質(zhì)量流量作為ORC系統(tǒng)發(fā)電性能的評(píng)價(jià)指標(biāo),并建立了新的經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià)模型,對(duì)ORC系統(tǒng)余熱回收性能進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)。(2)針對(duì)有機(jī)工質(zhì)與運(yùn)行參數(shù)以及運(yùn)行參數(shù)之間關(guān)聯(lián)分析少的問(wèn)題,本文選擇了R245fa、R245ca、R236ea、R600、R601和R601a六種有機(jī)工質(zhì)以及蒸發(fā)過(guò)程夾點(diǎn)溫差、蒸發(fā)溫度和冷凝溫度三個(gè)運(yùn)行參數(shù),以催化裂化裝置和芳烴裝置為案例,將ORC系統(tǒng)用于回收低溫余熱,關(guān)聯(lián)分析有機(jī)工質(zhì)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)ORC系統(tǒng)性能的影響,確定最佳設(shè)計(jì)參數(shù)值。(3)針對(duì)未對(duì)換熱器進(jìn)行優(yōu)化的問(wèn)題,本文研究了高通量換熱器用作ORC系統(tǒng)蒸發(fā)器對(duì)系統(tǒng)發(fā)電性能的影響,并以芳烴裝置ORC系統(tǒng)為研究背景,將其與普通換熱器進(jìn)行了對(duì)比分析。(4)以催化裂化裝置和芳烴裝置為案例的分析表明,兩套化工裝置具有不同的低溫?zé)嵩?導(dǎo)致ORC系統(tǒng)的性能隨運(yùn)行參數(shù)的變化規(guī)律有所不同,合適的有機(jī)工質(zhì)和最佳運(yùn)行參數(shù)不同。催化裂化裝置ORC系統(tǒng)的最佳蒸發(fā)溫度受蒸發(fā)過(guò)程夾點(diǎn)溫差和冷凝溫度的影響,其適宜的有機(jī)工質(zhì)為R245fa,在冷凝溫度45°C、夾點(diǎn)溫差8°C和最佳蒸發(fā)溫度68°C時(shí),發(fā)電量約277kW。芳烴裝置ORC系統(tǒng)適宜的有機(jī)工質(zhì)為R601,在冷凝溫度為45°C和夾點(diǎn)溫差為12oC時(shí),蒸發(fā)壓力為1.26MPa,發(fā)電量約3040kW。但是,兩個(gè)案例也有相同之處,即:冷凝溫度越低,發(fā)電功率越大,工廠條件允許的情況下應(yīng)盡可能使用溫度低的冷公用工程;夾點(diǎn)溫差越小,發(fā)電功率越大,但蒸發(fā)器面積也越大,可以說(shuō)蒸發(fā)器面積限制了發(fā)電性能的提升。對(duì)蒸發(fā)器進(jìn)行優(yōu)化分析,高通量蒸發(fā)器的使用可以減小夾點(diǎn)溫差,從而提升發(fā)電性能,具有一定的可行性。
【圖文】：

圖 1-2 (b) 抽氣回?zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)模型圖g.1-2(a) Model diagram of regenerative extraction ORC system圖 1-2 乏氣回?zé)岷统闅饣責(zé)嵊袡C(jī)朗肯循環(huán)模型圖.1-2 Model diagram of ORC system with internal heat exchanger對(duì) ORC 發(fā)電系統(tǒng)基本循環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)模擬研究，發(fā)現(xiàn)乏度為 0.055 時(shí)系統(tǒng)凈輸出功率不發(fā)生變化，，但發(fā)電效率比基所提高，而抽氣回?zé)嵫h(huán)雖然發(fā)電效率有所提高但凈輸出功率者[13,22,36,37]對(duì) ORC 發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在某內(nèi)部回?zé)崞鱽?lái)提高 ORC 發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電效率。然而，Dai 和況一定的條件下，內(nèi)部回?zé)崞鞑⒉荒苁箖糨敵龉β试黾樱覀渫度�，不提倡使用�?yōu)化設(shè)計(jì)的循環(huán)結(jié)構(gòu)[27,38]�；难芯楷F(xiàn)狀

1 ORC 發(fā)電系統(tǒng)用于化工裝置分析1.1 化工裝置換熱網(wǎng)絡(luò)分析化工生產(chǎn)工藝中有眾多流股，需要被加熱的物流稱為冷物流，需要被冷物流稱為熱物流。為處理多物流，把一定溫度范圍的所有物流的熱負(fù)荷或流率加在一起，在溫焓圖中進(jìn)行表示，圖中會(huì)出現(xiàn)有一條包含全部熱流股線和一條包括全部冷流股的曲線，如圖 2-1 所示。兩條組合曲線疊交的部是可以回收的最大熱量，熱組合曲線超出的部分是最小冷公用工程的用量冷組合曲線超出的部分是最小熱公用工程用量。在組合曲線上，存在某點(diǎn)冷熱物流的溫度差要小于其他地方的溫度差，這個(gè)點(diǎn)叫做夾點(diǎn)。最小換熱 Tmin確定之后，換熱網(wǎng)絡(luò)的最小冷熱公用工程用量便可確定。從圖 2-1 的（b）兩圖可知，若 Tmin值不同，則最小冷熱公用工程用量不同， Tmin值越冷熱公用工程的用量就越小。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM617;TQ083.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2647335