3.1　基本ORC循环

3.1.1　蒸发压力对基本循环性能的影响研究

在基本有机朗肯循环中，设置固定蒸发温度见表3-1，通过变化蒸发压力来获得不同的运行参数，蒸发压力变化范围见表3-2，对选取的5种工质在设计变化参数下的工作性能进行考察，其中各工质基本循环热效率的计算结果见图3-1。

由图3-1可看出，基本有机朗肯循环中，5种工质的循环热效率随蒸发压力变化规律大体一致。压比为5时，5种工质均出现最优蒸发压力值，各工质在该压力下获得各自蒸发温度下的最优效率。随着汽轮机压比提高，5种工质最优蒸发压力的优势逐渐减小，其中MDM与D两种硅氧烷的热效率随着蒸发压力提高而下降。

5种工质在压比为5、8、10时获得的最大循环热效率与最小循环热效率见表3-3。由表3-3中数据可看出，随着压比增加，各工质基本循环热效率均提高，因此各工质的最优循环热效率均在压比为10时获得。

R245 fa最优蒸发压力为1.5MPa，最大循环效率为12.1%；正戊烷最优蒸发压力为1.4MPa，最大循环效率为11.9%；甲苯最优蒸发压力1.8MPa，最大循环效率为11.4%；MDM与D4最优蒸发压力均为1 MPa，最大循环效率分别为6.4%和6.2%。 5种工质中，RR245 fa的热效率比其他4种工质热效率都高，由此可看出，对比其他工作温度稍高的工质，R245 fa在150℃下循环性能较有优势。

蒸发压力改变时，5种工质系统总吸热量的计算结果见图3-2。由该图可知，基本有机朗肯循环中，选取的5种工质系统的总吸热量均随着蒸发压力的升高逐渐下降。从下降趋势可知，MDM与D4的下降速率比其他3种工质下降速率快，蒸发压力每提高0.1MPa，MDM与D4系统总吸热量下降大约2%，随着蒸发压力提高，系统总吸热量下降速率减缓，最终保持在1.5%左右。同样由图3-2可看出，R245 fa、正戊烷与甲苯系统总吸热量下降速率相近，最初蒸发压力每提高0.1 M Pa系统总吸热量下降1.5%，该下降速率逐渐减小，最终保持在蒸发压力每提高0.1MPa，系统总吸热量下降0.4%。由于蒸发温度固定，蒸发压力的提高表明汽轮机入口蒸汽过热度的降低，由5种工质系统总吸热量下降速率的不同，可推测MDM与D4两种工质在过热升温过程中需要的热量较大，比其他3种工质大得多，这表明在设置系统运行参数时，为了避免系统过热器过大，要避免将这两种工质过热度设置得过高。

5种工质系统吸热量的最大值与最小值以及对应的蒸发压力见表3-4。由表中数据可以看出，随着压比提高，各工质的系统总吸热量逐渐减小，各工质的最小系统总吸热量均在压比为10，蒸发压力最大时获得。其中，D4系统总吸热量最大，最小值为2793 k W；R245 fa系统总吸热量总是最小，其最小值为1499 k W 。

设置汽轮机输出功率200kW，5种工质质量流量随蒸发压力的变化情况见图3-3。由该图可知，工质质量流量均随蒸发压力的升高而增大，MDM与D4增加速率由每0.1MPa 1.6%逐渐增加到2.5%，R245fa、正戊烷与甲苯质量流量增幅由每0.1MPa0.6%逐渐增加到1.2%。由工质流量的增长趋势也可间接推测，固定蒸发温度时，各工质在汽轮机内膨胀过程的有效焓降随蒸发压力提高而逐步下降。

压比为5、8、10时，5种工质基本循环质量流量的最大值和最小值以及对应的蒸发压力见表3-5。由表中数据可以看出，压比提高，所有工质流量均减小。不同压比下，质量流量随蒸发压力减小的趋势均不变。5种工质中，正戊烷与甲苯质量流量相当，D4质量流量最大。

综合各工质循环热效率、蒸发系统热功率以及工质流量随蒸发压力的变化情况来分析，由于质量流量与系统总吸热量变化趋势相反，要保证两者均获得最小值则无法寻得最优压力，因而利用循环热效率来决定最优蒸发压力。

3.1.2　蒸汽过热度对基本循环性能的影响研究

固定蒸发压力，5种工质的热效率随汽轮机入口蒸汽过热度的变化情况见图3-4，R245 fa的热效率随着汽轮机入口工质蒸汽过热度的增加而先增后减外，其他4种工质热效率始终随着过热度增加而减小：MDM与D4循环热效率下降幅度为过热度每增加10℃循环热效率下降2%；甲苯与正戊烷循环热效率下降幅度为过热度每增加10℃循环热效率下降0.7%。由此可见，MDM与D4循环热效率减小的速度大于甲苯与正戊烷。

压比为5、8、10，不同过热度下，5种工质基本循环的热效率见表3-6。压比为5时，R245 fa在过热度为5℃时循环热效率最大；压比为8时，R245 fa在过热度为13℃时循环热效率最大；压比为10时，R245 fa在过热度为18℃时循环热效率最大。5种工质中，正戊烷总是获得最大循环热效率，压比为10时获得最大值为12.536%；D4总是获得最小循环热效率，压比为10时获得最大值为6.552% 。

固定蒸发压力，基本有机朗肯循环系统的总吸热量随汽轮机入口工质蒸汽过热度的变化情况见图3-5。由图可知，随着蒸汽过热度的增加，5种工质循环系统的总吸热量增加，其中D4与MDM系统总吸热量的增加速率比其他3种工质系统总吸热量的增长速率大。

不同蒸汽过热度下，5种工质基本循环系统的总吸热量数值见表3-7。由表中数据可看出，各工质基本循环系统的总吸热量随着压比提高而显著下降，该趋势说明热功转化为输出功的能力随压比提高而增加，各工质基本循环系统总吸热量的最小值均在压比为10时获得。D4基本循环系统总吸热量最大，其最小值为2652 k W；正戊烷基本循环系统吸热量最小，其最小值为1506kW。

固定蒸发压力下，5种工质的质量流量随蒸汽过热度的变化情况见图3-6。由图可知，选取的5种工质质量流量都随着蒸汽过热度的增加而减少。输出功率200 k W时，正戊烷和甲苯所需要的质量流量比其他3种工质的质量流量小得多，所需质量流量最多的工质为D4，由此可看出正戊烷与甲苯单位质量流量做功能力较强，该特征也可由图2-2看出，相同压力下，正戊烷与甲苯的焓值比其他工质的焓值高。

不同蒸汽过热度下，5种工质的质量流量数值见表3-8。从表中数据可以看出，工质质量流量随着压比的提高而减少，各工质质量流量最小值均在压比为10、过热度为30℃时获得。这说明随着压比提高，单位质量工质所含的热能能更好地转化为输出功，从而使所需要的质量流量减少。正戊烷与甲苯的质量流量相当，两者流量最小值分别为2.7 kg/s和2.8kg/s；D4的最小质量流量为8kg/s，是5种工质中质量流量最大的工质。