閉式熱源下混合工質(zhì)與純工質(zhì)的ORC性能比較

明勇，彭艷楠，蘇文，魏國(guó)龍，王強(qiáng)，周乃君，趙力

（1 中南大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410083； 2 天津大學(xué)中低溫?zé)崮芨咝Ю媒逃恐攸c(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300072）

引 言

近年來(lái)，有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)作為中低溫?zé)崮芾玫闹饕夹g(shù)手段，已得到廣泛的研究與應(yīng)用[1-4]。在循環(huán)工質(zhì)方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了工質(zhì)的熱物性，如沸點(diǎn)[5]、臨界溫度[6]等對(duì)循環(huán)性能的影響，并針對(duì)不同熱源工況，提出了工質(zhì)優(yōu)選方法[7-8]，分析并優(yōu)化了純工質(zhì)及混合工質(zhì)的循環(huán)參數(shù)[9-10]。相比于純工質(zhì)的恒溫相變，混合工質(zhì)在相變過(guò)程中將發(fā)生溫度滑移現(xiàn)象，使得蒸發(fā)器和冷凝器中的工質(zhì)溫度與換熱流體溫度更加匹配。然而，相比于純工質(zhì)的大規(guī)模使用[11-12]，混合工質(zhì)目前幾乎未被應(yīng)用在ORC 的實(shí)際工程中。因此，在循環(huán)性能方面，混合工質(zhì)是否一定優(yōu)于純工質(zhì)還有待商榷。

為比較混合工質(zhì)與組成該混合物的純工質(zhì)在ORC 中熱力性能的優(yōu)劣，已有研究者在一定冷熱源工況下對(duì)混合工質(zhì)及純工質(zhì)的循環(huán)性能進(jìn)行了模擬。如麻建超等[13]在相同的蒸發(fā)泡點(diǎn)溫度、冷凝露點(diǎn)溫度及窄點(diǎn)溫差下，比較了混合工質(zhì)R152a/R245fa 與純工質(zhì)R152a、R245fa 在基本ORC 中的性能差異，得出了混合工質(zhì)優(yōu)于純工質(zhì)的結(jié)論。莫依璃[14]在一定入口溫度及質(zhì)量流量的煙氣下，以混合工質(zhì)兩相區(qū)平均溫度為基準(zhǔn)，采用最大凈輸出功作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，比較了R245fa/R601a 與R245fa、R601a的基本ORC 熱力性能。結(jié)果表明，當(dāng)R245fa/R600a質(zhì)量比在(0.5/0.5)～(0.9/0.1)時(shí)，混合工質(zhì)系統(tǒng)性能優(yōu)于R245fa。當(dāng)混合工質(zhì)應(yīng)用于地?zé)酧RC時(shí)，Liu等[15]以?xún)糨敵龉槟繕?biāo)，為每種組分的R600a/R601a 優(yōu)化了冷卻水溫升、蒸發(fā)及冷凝壓力，基于優(yōu)化結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)混合工質(zhì)的輸出功比純工質(zhì)高4%～11%。……