[发明专利]一种有机朗肯循环系统

说明书

本发明涉及一种有机朗肯循环系统，包括工质泵、蒸发器、冷凝器和冷却泵，还包括工质泵转速控制回路和冷却泵转速控制回路，工质泵转速控制回路包括依次连接的第一偏差计算块、串级调节主调节PID调节块、第二偏差计算块和串级调节副调节器PID调节块，第一偏差计算块输入蒸发器的热源出口温度和热源出口温度设定值，第二偏差计算块输入串级调节主调节PID调节块的输出和蒸发器的工质出口压力，串级调节副调节器PID调节块与工质泵连接，冷却泵转速控制回路包括第三偏差计算块和第三PID调节块，第三偏差计算块输入冷却水流量设定值和冷却泵的入口冷却水流量，第三PID调节块与冷却泵连接。与现有技术相比，提高热回收量和热效率，提高净输出功率。

技术领域

本发明涉及有机朗肯循环系统控制技术领域，尤其是涉及一种有机朗肯循环系统。

背景技术

有机朗肯循环(ORC)被广泛应用于低品质热能利用和废热回收领域。ORC系统的净功率输出同时取决于热回收量和热效率，两者都受到热交换器夹点的影响。热交换器的夹点是指受热面两侧冷热流体温差最小位置，该点温差称为夹点温差。夹点温差太小将会减少热回收量，夹点温差太大则会降低热效率。现有研究表明夹点温差对ORC系统的净功率输出有重要影响。研究表明在定常蒸发温度下，随ORC系统蒸发器夹点温差增加，净功率输出先受热回收量影响增加，后随温差进一步加大导致热效率明显下降而降低。因此，需要维持夹点在适当位置，以平衡热回收量和热效率，最大化ORC系统净功率输出。研究表明，相比于热效率，受夹点温差限制的热回收量更易受运行工况影响。对于单一工质流体，热回收量对净功率的影响要大于热效率。存在一个蒸发温度的上限，高于该上限后，蒸发器的夹点将要限制热回收量。高蒸发温度可能由于夹点限制导致热回收量剧烈减少。

除了夹点温差，热回收量和热效率也受夹点位置影响。研究发现夹点位置受回收热源的入口温度、蒸发温度、工质的潜热显热比影响，不受回收热源的热容流率影响。

为了消弱夹点变化的负面影响，一些技术手段已被探索。等温相变导致了蒸发器和冷凝器的夹点。对于超临界ORC，蒸发器中不存在等温相变，所以一些研究试图通过应用超临界ORC去摆脱夹点限制。但是超临界ORC在冷凝器中仍然是等温相变。而且超临界ORC将要大幅增加投资花费。一些研究采用共沸混合工质摆脱夹点限制，然而共沸混合工质的最佳组成和成分很难确定。在ORC系统中，由于泄漏，运行期间精确维持共沸混合物成分也很困难。其它研究试图通过改善ORC系统结构减少夹点的负面影响。如引入热泵或热油循环改变废热的沿受热面分布来消除或减轻夹点限制影响，但这些手段都使得废热回收系统更加复杂。

夹点随运行工况的变化受控制方式影响。在当前ORC系统中，亚临界ORC还是占主导地位，被广泛应用。通过采用适当的控制策略消除亚临界ORC系统中夹点的负面影响更具有现实意义。但现有控制策略很少考虑夹点影响。研究表明，以最大化净功率输出为目标，蒸发压力(蒸发温度)设定值应随工况变化。然而由于对应不同工况的最优蒸发压力难以预测，故在大多数的控制策略中，蒸发压力设定值采用常量，不随工况改变。现有的ORC控制策略很少调节冷却水流量，如大多数冷凝器冷却水系统采用定速泵，不对冷却水流量进行控制。在另外一些控制策略中，通过调节冷却水流量去控制冷凝压力。实验和模型计算结果表明，这些控制方式均会对夹点造成影响，进而影响热回收量、热效率和净输出功率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种有机朗肯循环系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：