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1.ORC发电系统的基本原理 四个过程： 定压吸热、绝热膨胀、定压放热、绝热加压 2. ORC发电系统的建模 2.1 建模的几点假设条件 1）整个系统处于热平衡和稳定的流动状态，且和环境没有热量交换过程； 2）几大主要设备的流动阻力、压力损失暂时忽略不计； 3）各个设备的机械效率和绝热效率取为定值； 4）离开蒸发器、冷凝器的工质为饱和状态（即无过热和过冷的过程）。 2.2 建立模型的理论依据（控制方程组） 根据上述模型建立的控制方程组如下： 1 整个系统 能量平衡方程： evapPumpcondTurQWQW+=+ (1.1) 2 每个设备的平衡方程 冷凝器的能量平衡方程： ()()141224=condPQmCTTmhh=−−工质冷 (1.2) 蒸发器的能量平衡方程： ()()91115evapPQmCTTmhh=−=−热工质 (1.3) 变频工质泵的功率： ()54PumpWmhh=−工质 (1.4) 涡旋式膨胀机的输出功率： ()12TurWmhh=−工质 (1.5) 1、蒸发器预热段模块5‐6的控制方程 2.3 ORC发电系统的性能参数 循环效率： 膨胀机输出功率： 2、4 ORC发电系统的设计参数计算 ORC发电系统设计的参数值 设计参数名称 数值 单位 说明 工质 R600a — 热源入口温度T9 80 ℃ 地热入口温度 热源质量比热容 4.2 kJ/（kg·k） 环境温度 25 ℃ 大气温度 环境压力 0.101325Mpa大气压力 冷源入口温度T12 20 ℃ 夏季自来水温度 冷源质量比热容 4.18 kJ/（kg·k）水冷方式 冷源的温差 6 ℃ 一般设计为（5‐10℃），尽量取大些，流量小些 膨胀机绝热效率 0.8 — 根据经验所得 膨胀机机械效率 0.75 — 根据经验所得 工质泵绝热效率 0.8 — 根据经验所得 工质泵机械效率 0.75 — 根据经验所得 蒸发器最小温差 5 ℃ 一般情况下，设计为（3‐7℃） 冷凝器出口温度和冷源出口温差 5 ℃ 一般情况下，设计为（3‐7℃） 冷凝温度 31 ℃ 蒸发温度 64 ℃ 设计的涡旋式膨胀机轴功率 1 kw 根据以上设计的参数进行热力系统计算，得到实验装置的设计参数值（额定值） 设备名称 参数 设备名称 参数 ORC发电系统 内部参数 蒸发温度：64 ℃ 蒸发压力：0.952 Mpa冷凝温度：31 ℃ 冷凝压力：0.416 Mpa工质流量：0.051 kg/s膨胀比：2.39 循环效率：6.84% 蒸发器 热负荷：18.58 kw 热源流量：0.31 kg/s 传热面积： 入口温度：80 ℃出口温度：65.7℃ 冷凝器 热负荷：17.31 kw 冷源流量：0.68 kg/s 传热面积： 入口温度：20 出口温度：26 变频工质泵 入口温度：31 ℃ 出口温度：31.4 ℃ 工质流量：0.051 kg/s扬程： 输入功率：0.084 kw涡旋式膨胀机 入口温度：64 ℃ 入口压力：0.952 Mpa出口温度：39.9 ℃ 出口压力：0.416 Mpa设计轴功率：1 kw 设计功率：1.25 kw循环流量：0.051 kg/s膨胀比：2.39 3、ORC发电系统的实验研究 3.1 实验系统装置介绍 3.1 实验设备选型 1 蒸发器选型： 选用山东水龙王集团有限公司型号为BR‐001‐1.6‐0.7的板式换热器 参数为：结构尺寸 型号 单板换热面积 板片数量 换热面积 设计压力 设计温度 最大处理流量 接管口径 板片材料 密封垫片材料 2 冷凝器选型： 型号 单板换热面积 板片厚度 板片数量 换热面积 设计压力 设计温度 最大处理流量 接管口径 板片材料 不锈钢SUS316 密封垫片材料 夹紧尺寸 设备长度 设备重量 3 涡旋式膨胀机选型 4 工质泵及电机的选型 选用海南南方特能水泵制造有限公司KDL立式单级空调制冷泵，型号为：200KDL400‐32‐A 工质泵： 型号 流量 扬程 转速 1450（rpm） 轴功率 最高温度 配用的电机功率 配用的电机型号 效率 进口直径 65（mm） 出口直径DN 40（mm） 总质量 外形尺寸 电机： 5 变频器选型 选用上海津信变频器有限公司，型号为：FC300系列PK75 型号 适配电机功率 0.75（kw） 电流 总质量 外形尺寸 6 热水器的选型 7 热水泵及电机的选型 8 冷水泵及电机的选型 9 发电机的选型 10 负载的连接（选用一组不同功率的白炽灯） 11 储液器的选型 6L 3.2 实验测量装置的选择 压力计选型： 涡旋式流量计选型： 热电偶选型： 测点布置： 符号 测量参数 测量设备 精度 热源入口温度 热电偶 热源出口温度 冷源入口温度 冷源出口温度 膨胀机入口温度 膨胀机出口温度 蒸发器入口温度 蒸发器出口温度 冷凝器入口温度 冷凝器出口温度 工质泵入口温度 工质泵出口温度 热源流量 涡旋式流量计 冷源流量 工质流量 膨胀机入口压力 膨胀机出口压力 对于实际的装置控制模型的优化： 3.4 实验方案的确定 可以通过调节各个设备改变的变量：蒸发压力、工质流量、热源入口温度、热源质量流量、冷源入口温度、冷源质量流量、输出的膨胀机轴功率（通过调节灯泡的数量）