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【精彩论文】单工质低温余热发电循环性能分析
观点凝练
摘要：为了提高能源利用的高效性和经济性，推进有机朗肯循环系统在低温余热发电领域的应用。通过建立热力学模型，并用Matlab软件进行编程，调用NIST Refprop数据库，选取六氟丙烷作为循环工质，模拟分析有机朗肯循环系统各方面性能。在采用循环输出功率、㶲效率和热效率等热力学指标研究系统热力性能的基础上，分别采用换热面积和CO2年减排量作为评价系统经济性能和环保性能的指标。研究结果表明：单变量时，在冷凝压力为150 kPa时能保证系统性能达到最佳。多变量时，热源温度提高会使经济性能大幅度降低，而系统的热力性能和环保性能有所提高，综合考虑可取热源温度为155 ℃~185 ℃；当系统各性能分别保证最佳时，蒸发压力随热源温度呈现不同形式的变化，但始终不超过3350 kPa。
结论：（1）在环境温度298 K的单变量工况下，冷凝水温度从298 K增加至308 K，冷凝压力从150 kPa增加至900 kPa，系统的循环输出功率、循环热效率、㶲效率相应减小；且只有在冷凝压力为150 kPa时，系统经济性能和环保性能达到最佳；综合考虑环境温度的约束与限制，本文最佳冷凝压力为150 kPa。
（2）对于环境温度298 K的单变量工况下，热源温度对系统循环输出功的影响程度远大于循环㶲效率；循环输出功随热源温度增大而增大，而循环㶲效率随热源温度增大而减小。环保性能指标CO2年减排量与循环输出功的变化趋势相同，CAPR呈现先下降后上升的趋势，CAPR最小时对应的热源温度为155 ℃。
（3）对于多变量工况下，选定最佳冷凝压力150 kPa不变，在保证系统循环输出功率最大、㶲效率最大的条件下，最佳蒸发压力随着热源温度增大而增大。当热源温度上升到185 ℃后，最佳蒸发压力为2 700 kPa，一直维持在3 350 kPa以内。
（4）对于多变量系统的经济性能，热源温度过高会严重影响系统的经济性能。热源温度增高使CO2年减排量增加，系统的环保性能明显提高；但综合考虑经济性能，可取最佳热源温度范围为155~185 ℃。该研究对于实际工程可提供一定程度的参考。
引文信息
耿直, 刘恩帅, 许曦普, 等. 单工质低温余热发电循环性能分析[J]. 中国电力, 2021, 54(9): 198-207.GENG Zhi, LIU Enshuai, XU Xipu, et al. Performance analysis of low temperature waste heat power generation cycle with single working fluid[J]. Electric Power, 2021, 54(9): 198-207.往期回顾
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编辑：杨彪
审核：方彤
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