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图1 ORC余热发电
图2 ORC循环T-s
1-2过程为绝热做功过程,做工的计算公式为:
2-3定压放热过程,放热为:
3-4过程是绝热压缩过程:
4-1过程是定压吸热过程,吸热为:
系统的循环热效率为
3.3 计算结果分析
ORC系统净输出功率随着蒸发温度升高先增大后减小,如图3所示,在蒸发温度范围内,三种工质的最大净输出功率为385kW、365kW、350kW,三种工质达到最大净输出功率时温度为100℃、95℃和90℃。根据工质的参数数据,工质的临界温度越低,系统就会有越大的净输出功率,就需要越高的蒸发温度。所以为了获得较高系统输出功率,应该选择临界温度更小的工质。
图3 发电功率和蒸发温度的关系
根据图4结果,系统的热效率随着蒸发温度的升高增大,蒸发温度相同时,随着工质临界温度的升高,系统的热效率逐渐降低。
图4 发电效率随蒸发温度的变化
ORC系统排烟温度随着蒸发温度变化的关系如图5所示,系统的排烟温度随着蒸发温度的升高而升高,在蒸发温度相同的情况下,工质的临界温度越低,系统就的排烟温度就会越低。
图5 排烟温度随蒸发温度的变化
经过上述分析,ORC系统的蒸发温度应该控制在70-11℃,并且系统的净输出功存在极大值,综合分析工质对环境影响潜能值,使用R600a工质比较有效,根据蒸发温度为100℃设计,ORC系统可以获得385kW的发电功率,全年可以节约950吨标煤,并减少2250吨二氧化碳,以及降低氮氧化物的排放,有非常好的节能减排效果。
结束语:垃圾焚烧低温余热发电的系统设计中,设计人员应该了解不同工质的属性,并根据系统的要求正确选择工质;有工质的蒸发温度,对发电功率、发电效率和排烟温度有显著影响,工质选择时应予以综合考虑。
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