0 前言

有機(jī)朗肯循環(huán)是以有機(jī)物為工質(zhì)的朗肯循環(huán)，適用于回收工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢熱。自上個(gè)世紀(jì)提出以來(lái)，有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)的實(shí)際推廣和應(yīng)用成為產(chǎn)學(xué)研各界的熱點(diǎn)問(wèn)題

。現(xiàn)階段，基于ORC技術(shù)的余熱回收系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)換效率不高且余熱利用有限等問(wèn)題。任洪波等

使用Trnsys和Aspen Plus軟件構(gòu)建CCHP-ORC聯(lián)合循環(huán)仿真模型，用于回收聯(lián)供系統(tǒng)產(chǎn)生的中低溫余熱進(jìn)行發(fā)電。涂岱昕等

采用熱力循環(huán)三維構(gòu)建方法作為功冷并供系統(tǒng)的優(yōu)化策略，分析了非共沸工質(zhì)的組分特性對(duì)噴射式功冷并供系統(tǒng)性能的影響。榮楊一鳴等

利用MATLAB對(duì)有機(jī)朗肯-蒸汽壓縮制冷耦合循環(huán)進(jìn)行了熱力學(xué)建模，采用螢火蟲(chóng)算法對(duì)主要蒸發(fā)器換熱面積進(jìn)行優(yōu)化。王志奇等

構(gòu)建ORC變工況分析模型，研究熱源條件對(duì)系統(tǒng)變工況性能的影響規(guī)律。Mingzhang Pan

使用Matlab對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)和熱泵循環(huán)系統(tǒng)組合進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。Mohammad Aliahmadi

在Aspen plus模擬了一個(gè)小型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，包括一個(gè)雙流化床氣化爐，一個(gè)mGT系統(tǒng)和一個(gè)有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)。

溫差發(fā)電技術(shù)是基于塞貝克效應(yīng)，在兩種不同的金屬所組成的閉合回路中，當(dāng)兩接觸處的溫度不同時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)。溫差發(fā)電技術(shù)具有無(wú)移動(dòng)部件、穩(wěn)定性高、噪聲低、體積靈活變化等優(yōu)點(diǎn)。尤運(yùn)等

進(jìn)行了電站鍋爐受熱面復(fù)合溫差發(fā)電技術(shù)經(jīng)濟(jì)性研究。為解決ORC系統(tǒng)余熱利用有限問(wèn)題，本文以在某工業(yè)園區(qū)ORC系統(tǒng)為例，使用GREATLAB軟件搭建仿真平臺(tái)，建立有機(jī)朗肯循環(huán)復(fù)合溫差發(fā)電模型，探究該模型在提高余熱回收能力方面的性能。

1）中水系統(tǒng)缺少進(jìn)水量控制調(diào)節(jié)。生活污水產(chǎn)生量大約22 m3/d，但卻是間歇性的，一天24 h中00:00～18:00時(shí)段期間產(chǎn)生的污水量約0.32 m3/h，小于系統(tǒng)處理能力，而18:00～00:00污水產(chǎn)生比較集中約2.7 m3/h，大于系統(tǒng)處理能力，嚴(yán)重影響回收利用效率。

1 ORC余熱回收系統(tǒng)

1.1 某工業(yè)園區(qū)ORC系統(tǒng)

某工業(yè)園區(qū)ORC余熱回收系統(tǒng)如圖1所示，由EVP1-蒸發(fā)器、EVP2-過(guò)熱器、TUR-透平、CON-冷凝器以及PUMP-工質(zhì)泵組成，以R245fa為工質(zhì)，質(zhì)量流量為66 kg/s，蒸發(fā)壓力為1.8 MPa，冷凝壓力為0.26 MPa，145℃、220 t/h、0.5 Mpa的循環(huán)水作為熱源，透平機(jī)設(shè)計(jì)功率為2.66 MW，等熵效率為0.83，機(jī)械效率為0.98。

將式(16)代入式(17)，并令?J(k)/?ΔU(k)=0，可得k時(shí)刻的目標(biāo)函數(shù)J(k)取最小值時(shí)的ΔU(k)(推導(dǎo)見(jiàn)附錄2)，

1.2 ORC系統(tǒng)建模

通過(guò)GREATLAB軟件對(duì)某工業(yè)園區(qū)ORC余熱回收系統(tǒng)建立仿真模型。其中，換熱器逆流布置，為單臺(tái)管殼式換熱器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如管束布置、制冷劑流程、尺寸結(jié)構(gòu)等均按照實(shí)際系統(tǒng)建模；泵效率為0.85；工質(zhì)冷凝器出口為飽和液體；若調(diào)整過(guò)程中模擬數(shù)據(jù)不符合實(shí)際情況，模擬結(jié)果將不收斂。隨后通過(guò)已搭建好的ORC系統(tǒng)，對(duì)照實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試，以提高系統(tǒng)的精確性。

投資收益率

為

其中，

η

為系統(tǒng)凈效率；

W

為工質(zhì)透平做功；

W

為工質(zhì)泵耗功。

由于來(lái)自工業(yè)園區(qū)的熱源溫度并不穩(wěn)定，在135~145℃間浮動(dòng)，甚至可能達(dá)到105℃，因此對(duì)ORC與溫差發(fā)電復(fù)合能源利用系統(tǒng)進(jìn)行變工況模擬，以探究在不同溫度下該復(fù)合系統(tǒng)的熱力學(xué)性能。

1.3 精確性驗(yàn)證

根據(jù)蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)特性和溫差發(fā)電的性能，將溫差發(fā)電的熱端模塊與來(lái)自工業(yè)園區(qū)的熱源相接觸，冷端與蒸發(fā)器外壁接觸，經(jīng)過(guò)技術(shù)處理便可進(jìn)行溫差發(fā)電。圖3為溫差發(fā)電與蒸發(fā)器結(jié)合示意圖。在熱量交換過(guò)程中，一部分熱量通過(guò)溫差發(fā)電模塊直接轉(zhuǎn)化為電能；另一部分與換熱管路中有機(jī)工質(zhì)發(fā)生熱量交換，從而大大提高余熱利用效率。蒸發(fā)器熱源熱力參數(shù)如表1所示。

2 有機(jī)朗肯循環(huán)復(fù)合溫差發(fā)電計(jì)算

2.1 有機(jī)朗肯循環(huán)復(fù)合溫差發(fā)電系統(tǒng)

為了驗(yàn)證該系統(tǒng)具有廣泛的適用性，選取在熱源溫度為130℃和135℃下各5個(gè)運(yùn)行工況，通過(guò)調(diào)整仿真系統(tǒng)中熱源流量和冷源入口溫度等相關(guān)參數(shù)，以熱效率為對(duì)照量，將其計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，其結(jié)果如圖2所示，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值之間的誤差均在5%以內(nèi)，結(jié)果表明所搭建的ORC仿真系統(tǒng)具有較高的精確性。

2.2 溫差發(fā)電輸出功率計(jì)算

溫差發(fā)電片的理論最大發(fā)電效率

為

式中：

η

為卡諾循環(huán)效率，該效率取決于溫差發(fā)電片兩端的溫差；

η

為熱電材料的熱點(diǎn)效應(yīng)效率，由熱電材料的熱電優(yōu)值

（無(wú)量綱常數(shù)）決定；

，

T

分別為溫差發(fā)電片熱端和冷段溫度，℃。通過(guò)文獻(xiàn)

選取合適的溫差發(fā)電片，其具體性能見(jiàn)表2。

ORC余熱回收系統(tǒng)中蒸發(fā)器為管式換熱器，經(jīng)計(jì)算得到其中可以安裝溫差發(fā)電片的面積為14.3 m

，結(jié)合表4計(jì)算得到整個(gè)蒸發(fā)器內(nèi)需要安溫差發(fā)電片為

王婷(1993-)，女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榧t外輻射在霧中的傳輸特性. Email: wangt6105@163.com

采集CAD圖形上的點(diǎn)位的坐標(biāo)可以使用“getpoint”命令得到一個(gè)點(diǎn)位的列表，分別用“car”和“cadr”取得該點(diǎn)位的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。為防止點(diǎn)位捕捉錯(cuò)誤，可在“對(duì)象捕捉”中使用命令(setvar "osmode" 4133)[5]設(shè)置捕捉模式為端點(diǎn)、圓心、交點(diǎn)、延伸選項(xiàng)。

根據(jù)文獻(xiàn)

，將溫差發(fā)電模塊的實(shí)際測(cè)量值定為理論最大發(fā)電效率的60%，則所得發(fā)電效率

見(jiàn)表3。

投資收益率是衡量投資方案獲利水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)，為投資方案達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力后一個(gè)正常生產(chǎn)年份的年收益額與方案投資額的比率。已知項(xiàng)目總投資成本

為1 356 000元，每年新增售電收益額為596 000元，企業(yè)所得稅率

為0.25，能源行業(yè)基準(zhǔn)投資收益

取9%，設(shè)備折舊期

按10年計(jì)算，則年折舊費(fèi)

為

2.3 有機(jī)朗肯循環(huán)復(fù)合溫差發(fā)電系統(tǒng)效率

在額定工況下，ORC系統(tǒng)透平做功為1 640 kW，系統(tǒng)輸入熱量為13 721 kW，泵消耗功率114.58 kW，故ORC原循環(huán)效率為11.12%，ORC與溫差發(fā)電復(fù)合能源利用系統(tǒng)效率為14.63%。

2.4 變工況條件下有機(jī)朗肯循環(huán)復(fù)合溫差發(fā)電系統(tǒng)效率

針對(duì)基準(zhǔn)工況的凈效率

η

進(jìn)行計(jì)算，得到計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的誤差為1.919%，結(jié)果表明該仿真系統(tǒng)具有一定的精確度。

如圖4所示，有機(jī)朗肯循環(huán)復(fù)合溫差發(fā)電的熱效率整體上大于ORC系統(tǒng)的熱效率，說(shuō)明了該復(fù)合系統(tǒng)能夠改善ORC系統(tǒng)余熱利用率不高的問(wèn)題。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 成本和收益計(jì)算

為了便于計(jì)算，將蒸發(fā)器熱源入口平均溫度

近似為溫差發(fā)電片熱端溫度

，冷端溫度

近似為蒸發(fā)器熱源出口溫度

T

。則得到溫差發(fā)電模塊的理論最大發(fā)電效率

為

整個(gè)溫差發(fā)電系統(tǒng)的成本為

所謂體育課堂尾聲的口訣式，即我們體育教師運(yùn)用形象生動(dòng)、簡(jiǎn)明扼要、易懂易記的特點(diǎn)，結(jié)合教材與教學(xué)內(nèi)容精心編制口訣讓學(xué)生記憶的課堂尾聲方式。如水平二的前滾翻教學(xué)時(shí)，用“一蹲二撐三低頭含胸收腹身似球”來(lái)概括技術(shù)要求。這種口訣式課堂尾聲針對(duì)性強(qiáng)，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，又能促進(jìn)知識(shí)、技術(shù)、技能的牢固記憶。

根據(jù)公式，計(jì)算得到復(fù)合系統(tǒng)每年新增售電收益

3.2 投資收益率

根據(jù)公式（6），計(jì)算得到溫差發(fā)電輸出功率

P

年凈收益額

為

凈效率計(jì)算公式

在對(duì)未來(lái)的期待中，照料者最關(guān)注的是能否給心智障礙家庭成員提供一個(gè)“合宜”的住房，這是未來(lái)安置規(guī)劃中急需解決也最具挑戰(zhàn)性的部分。Mengel等人研究發(fā)現(xiàn)，年長(zhǎng)的照料者最為關(guān)注的訴求是住房選擇。Weeks等人的研究也證實(shí)了居住和照顧選擇的重要性。心智障礙成員不一而足的殘障類型和程度、與照料者的社會(huì)關(guān)系、家庭生命周期等，這些都會(huì)影響不同家庭在未來(lái)安置規(guī)劃上的差別化需求。心智障礙人士大多與照料者共同居住，一旦照料者因生病或死亡等原因無(wú)法與其共同生活時(shí)，障礙人士的居住和照料問(wèn)題便成了懸而難決的頭等大事。

馬力在多倫多看到，一個(gè)孩子吃藥，醫(yī)院幾個(gè)人圍著轉(zhuǎn)，一個(gè)多小時(shí)才吃進(jìn)去。他們的理念是，藥一定要讓孩子自己吃。因此,幾個(gè)人在那兒給孩子講，吃了藥會(huì)怎樣，不吃會(huì)怎樣。在多倫多的醫(yī)院，專門(mén)從事人文工作的很多，除了生活專家外，還有社會(huì)工作者。這樣的條件，國(guó)內(nèi)醫(yī)院很難具備。

經(jīng)計(jì)算可得

為0.35，

大于

，故該投資項(xiàng)目是可行的。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。服從正態(tài)分布的計(jì)量資料以表示，組間比較采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料的比較采用χ2檢驗(yàn)；等級(jí)資料采用秩和檢驗(yàn)。檢驗(yàn)水準(zhǔn)(α)為0.05。

投資回收周期PZ

由于溫差發(fā)電片的壽命較長(zhǎng)，高于設(shè)備折舊期（10年），因此在該投資回收周期內(nèi)可以正常運(yùn)行。

4 總結(jié)

1）通過(guò)搭建ORC-TEG復(fù)合發(fā)電系統(tǒng)，有效提升了ORC系統(tǒng)在余熱回收方面效率較低的問(wèn)題，在熱源溫度為105~145℃情況下，該復(fù)合系統(tǒng)的熱效率比原ORC系統(tǒng)可提升0.3%~3.5%，且蒸發(fā)器熱源入口溫度越高，復(fù)合系統(tǒng)熱效率提升越大。

2）通過(guò)經(jīng)濟(jì)性分析，該復(fù)合系統(tǒng)的投資方案可行，正常運(yùn)行情況下，在2.8年內(nèi)可收回全部投資成本。

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