【摘 要】
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我国液化天然气(LNG)进口量逐年递增,目前已跃居世界第二位。LNG蕴含大量冷能,采用有机朗肯循环(ORC)系统回收LNG冷能进行发电是最具前景的大规模利用冷能的方式之一。为了提高LNG冷能回收系统效率,采用低温热能作为热源,构建了低温热能-LNG冷能联合ORC发电系统,针对六种ORC结构,对系统主要参数进行了热经济性分析优化,主要研究内容及结论如下:(1)构建了简单ORC、双级并联ORC、双级串
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我国液化天然气(LNG)进口量逐年递增,目前已跃居世界第二位。LNG蕴含大量冷能,采用有机朗肯循环(ORC)系统回收LNG冷能进行发电是最具前景的大规模利用冷能的方式之一。为了提高LNG冷能回收系统效率,采用低温热能作为热源,构建了低温热能-LNG冷能联合ORC发电系统,针对六种ORC结构,对系统主要参数进行了热经济性分析优化,主要研究内容及结论如下:(1)构建了简单ORC、双级并联ORC、双级串联ORC以及相应耦合有直接膨胀循环(DEC)等六种不同的低温热能-LNG冷能循环发电系统。优选R245fa、butane、R142b、isobutane、R1234ze、R152a、R134a、Ammonia、R161和R32十种有机工质作为循环工质,在不同冷、热源条件下,针对蒸发温度、冷凝温度、汽轮机入口温度和LNG气化压力等主要参数,采用粒子群优化算法(PSO)分别以最大(?)效率和最小标准发电成本(EPC)为目标函数进行参数优化。(2)简单ORC+DEC中,增加蒸发温度和降低冷凝温度能够有效提升(?)效率和降低EPC。升高汽轮机入口温度使湿工质(?)效率显著提升,而对干工质和等熵工质影响较小甚至产生负影响;不同工质在汽轮机入口温度升高时其EPC均存在最小值。升高LNG气化压力,(?)效率和EPC均存在最优值。双级系统参数影响同简单ORC+DEC类似,低温循环对系统影响程度较大。(3)针对不同热源温度、不同管网压力条件下,以系统最大(?)效率为目标的优化结果表明:热源温度越高,系统(?)效率越高,R32可作为单级最优工质和双级最优低温工质的选择。天然气管网压力越低,系统(?)效率越高,在较低管网压力下,R32可作为六个系统的最优(低温)工质。最优工况下,循环最优蒸发温度接近工质的临界温度,最优冷凝温度为工质的常压沸点温度,最优汽轮机入口温度达到设定的上限值。DEC循环对系统性能提升明显。以系统最大(?)效率为目标函数进行优化时,双级并联ORC+DEC为最优循环系统。(4)针对不同热源温度、不同管网压力条件下,以系统最小EPC为目标的优化结果表明:热源温度越高,天然气管网压力越低,系统EPC越小。两种条件下,R245fa为单级ORC的最优工质,Ammonia和R32分别为双级并、串联ORC的最优低温工质。最优工况下,循环最优冷凝温度为工质的常压沸点温度,最优蒸发温度低于工质的临界温度,系统始终处于亚临界状态。以系统最小EPC为目标函数进行优化时,简单ORC+DEC为最优循环系统。
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