發(fā)布時間：2020-05-21 05:38

【摘要】：當(dāng)今世界,一次能源的日益枯竭和人口增長所帶來能源需求攀升之間的矛盾逐漸加劇,在不斷開發(fā)新能源的同時,如何改進(jìn)傳統(tǒng)的能源利用方式,提高能源利用率也是一項重要的科研課題,而基于有機朗肯循環(huán)(ORC)余熱回收發(fā)電技術(shù)是一條可行且具有前景的技術(shù)路線。與傳統(tǒng)的蒸汽循環(huán)相比,有機朗肯循環(huán)針對低品位熱源可實現(xiàn)較高的熱電轉(zhuǎn)化效率,尤其在工業(yè)余熱利用上具有廣闊的發(fā)展空間。本文以漁船引擎尾氣為熱源,對帶回?zé)崞鞯挠袡C朗肯循環(huán)余熱發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行熱設(shè)計,對比分析了包括正戊烷、R123、R245fa、R245ca、NOVEC649和R1233ZD在內(nèi)的六種有機工質(zhì),基于常規(guī)熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和?評價指標(biāo),綜合考慮工質(zhì)安全性和環(huán)保性,最終確定了NOVEC649作為最優(yōu)工質(zhì)。利用Matlab中的Simulink模塊搭建了該余熱發(fā)電系統(tǒng)的仿真模型,以運行參數(shù)如工質(zhì)蒸發(fā)壓力和冷凝溫度為變量進(jìn)行了仿真計算和優(yōu)化分析。通過對比有無回?zé)崞鞯挠袡C朗肯循環(huán),定量計算各項性能指標(biāo)以分析其對系統(tǒng)的影響。基于仿真模擬參數(shù),以NOVEC649為工質(zhì)搭建了實際漁船尾氣ORC系統(tǒng),在系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行后得到多組實驗數(shù)據(jù),分析實驗數(shù)據(jù)得到了系統(tǒng)的運行規(guī)律和評價指標(biāo)。該有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)驗證了對船舶引擎尾氣進(jìn)行回收發(fā)電的可行性,結(jié)合模擬以及實驗數(shù)據(jù),對不同有機工質(zhì)的ORC系統(tǒng)運行參數(shù)進(jìn)行了對比分析,定量分析得到參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響并得到設(shè)定工況下的最優(yōu)值。實際的漁船余熱回收發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)電能可供給船舶日常電能消耗,提高了船舶運行的經(jīng)濟(jì)性。
【圖文】：

該漁船在運行過程中消耗電能的主要設(shè)備包括：漁船的照明，船用水泵，制冷系統(tǒng)壓縮機，油泵等。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，漁船工作期間電能消耗為 8KW 左右。參考漁船熱源信息，有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率為 6-8KW，大部分時間內(nèi)能夠基本滿足漁船的電能消耗，缺口部分由原有發(fā)電機填補。2.2 ORC 系統(tǒng)組件及結(jié)構(gòu)帶回?zé)崞鞯?ORC 發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，有機工質(zhì)在蒸發(fā)換熱器中吸收引擎尾氣的熱量，成為高溫高壓的過熱氣體后進(jìn)入到軸流透平機中做功，透平機連接發(fā)電機發(fā)出電能。做功后的工質(zhì)依次進(jìn)入到回?zé)崞骱屠淠髦斜缓Ｋ鋮s后送入到工質(zhì)泵中加壓，再進(jìn)入到回?zé)崞骱驼舭l(fā)換熱器中完成循環(huán)。因為本系統(tǒng)中的透平機功率較低，因此透平的焓降以及溫差均較低，透平出口的工質(zhì)溫度較高，增設(shè)回?zé)崞骺梢岳闷溆酂醽眍A(yù)熱從工質(zhì)泵中加壓后的有機工質(zhì)，減少冷凝器換熱量的同時可以減小工質(zhì)在蒸發(fā)換熱器中的吸熱量，從而提高系統(tǒng)的循環(huán)熱效率。

圖 2-2 ORC 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖系統(tǒng)的主要部件分布在引擎室和主船艙內(nèi)，由于漁船空間較為狹窄，所以系統(tǒng)布置較為緊湊，如果使用向心透平機，則無法滿足空間要求。而兩級軸流透平機體小，可滿足安裝要求。系統(tǒng)所使用的蒸發(fā)換熱器為釬焊式平板換熱器，回?zé)崞髋c冷均采用此類換熱器以減少換熱器的體積，實現(xiàn)系統(tǒng)的緊湊性，滿足實際的安裝要求3 多種有機工質(zhì)分析對比根據(jù)熱源參數(shù)，可設(shè)計對應(yīng)的 ORC 系統(tǒng)的額定工況運行參數(shù)，，包括有機工質(zhì)的，換熱器的進(jìn)出口溫度、換熱器面積，汽輪機的進(jìn)出口壓力，冷凝器的換熱量等統(tǒng)采用海水冷卻，需根據(jù)環(huán)境溫度計算出冷凝器的冷卻水流量。系統(tǒng)的回?zé)崞魇墙?jīng)過汽輪機做功后的氣態(tài)有機工質(zhì)預(yù)熱從工質(zhì)泵流出的高壓液態(tài)有機工質(zhì)，對回也需要計算其進(jìn)出口溫度以及所需的換熱器面積。對于有機工質(zhì)泵而言，需要確額定功率，額定流量以及能耗情況。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U674.4

【參考文獻(xiàn)】

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4 楊凱;張紅光;宋松松;姚寶峰;;變工況下車用柴油機排氣余熱有機朗肯循環(huán)回收系統(tǒng)[J];化工學(xué)報;2015年03期

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10 倪淵;趙良舉;劉朝;莫依璃;;非共沸混合工質(zhì)ORC低溫?zé)煔庥酂崂梅治雠c優(yōu)化[J];化工學(xué)報;2013年11期

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2 張大海;有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)工質(zhì)的選擇與透平膨脹機的數(shù)值模擬[D];鄭州大學(xué);2011年

3 王曉東;太陽能低溫朗肯循環(huán)系統(tǒng)適用工質(zhì)的理論和實驗研究[D];天津大學(xué);2008年

本文編號：2673797