低溫有機(jī)朗肯循環(huán)變工況運(yùn)行研究
發(fā)布時(shí)間：2017-07-21 01:21
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【摘要】：有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)是利用中低溫?zé)嵩吹闹匾夹g(shù)之一。當(dāng)前,有機(jī)朗肯循環(huán)運(yùn)行優(yōu)化及機(jī)組集成技術(shù)有待發(fā)展和完善。本文針對(duì)低溫有機(jī)朗肯循環(huán)過程集成關(guān)鍵技術(shù)和核心問題,在低溫?zé)嵩礂l件下開展變工況實(shí)驗(yàn),獲得有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)輸出特性和關(guān)鍵部件運(yùn)行特性,提出ORC系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行的指示性參數(shù),集成適用于非穩(wěn)定低溫?zé)嵩吹挠袡C(jī)朗肯循環(huán)樣機(jī)。建立了完善的有機(jī)朗肯循環(huán)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),采用三柱塞泵作為工質(zhì)泵,渦旋膨脹機(jī)作為熱工轉(zhuǎn)換設(shè)備,R123作為工質(zhì)。在140～160℃熱源條件下,研究ORC變工況運(yùn)行特性。三柱塞泵具有相對(duì)優(yōu)異的實(shí)際運(yùn)行效率,是文獻(xiàn)報(bào)道水平的1.5～2.4倍；工質(zhì)泵與膨脹機(jī)之間存在耦合關(guān)系；工質(zhì)泵發(fā)生氣蝕會(huì)造成工質(zhì)流量顯著偏離和劇烈波動(dòng)；帶有前置泵的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)能解決工質(zhì)泵氣蝕問題。對(duì)比恒定工質(zhì)流量和恒定膨脹機(jī)轉(zhuǎn)矩兩種調(diào)節(jié)模式下系統(tǒng)瞬態(tài)特性發(fā)現(xiàn),恒定膨脹機(jī)轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)模式下系統(tǒng)響應(yīng)較為平穩(wěn),而恒定工質(zhì)流量調(diào)節(jié)模式下系統(tǒng)響應(yīng)更為迅速；恒定工質(zhì)流量模式便于調(diào)節(jié)蒸發(fā)壓力,而恒定膨脹機(jī)轉(zhuǎn)矩模式便于調(diào)節(jié)膨脹機(jī)入口蒸汽過熱度。穩(wěn)態(tài)工況下獲得最大膨脹機(jī)軸功為3.45kW,最大熱效率6.29%。膨脹機(jī)入口蒸汽過熱度影響膨脹機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率,存在最佳過熱度(約20℃),對(duì)應(yīng)著最大的膨脹機(jī)輸出軸功,以及最大的系統(tǒng)熱效率和(?)效率。開展基于單螺桿ORC系統(tǒng)運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn),在160℃熱源條件下獲得最大膨脹機(jī)軸功5.09 kW,最大熱效率為5.05%。相比渦旋膨脹機(jī),單螺桿膨脹機(jī)具有單機(jī)功率較大、可在較低壓力下運(yùn)行等特點(diǎn),更適用于低溫?zé)嵩�。提出了兩類無量綱積分溫差作為有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化的新指標(biāo)參數(shù)。在不同熱源溫度下和ORC系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)下,第一類無量綱積分溫差與蒸發(fā)器比(?)損顯著線性相關(guān)；存在最佳第二類無量綱積分溫差區(qū)間(0.282±0.01),使得膨脹機(jī)有最大輸出功,ORC系統(tǒng)有最大熱效率和最大(?)效率。設(shè)計(jì)并搭建了10 kW級(jí)的有機(jī)朗肯循環(huán)集成樣機(jī)。該樣機(jī)采用了單螺桿膨脹機(jī),并集成了遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng)。用R245fa作為循環(huán)工質(zhì),在80～120℃C熱源條件下開展實(shí)驗(yàn),獲得時(shí)均膨脹機(jī)軸功和系統(tǒng)熱效率分別為7.764 kW、6.11%。在非穩(wěn)定熱源條件下,該集成機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,為ORC發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用推廣提供重要數(shù)據(jù)支撐和運(yùn)行實(shí)踐。
【關(guān)鍵詞】：低溫?zé)嵩?/strong> 有機(jī)朗肯循環(huán) 實(shí)驗(yàn)研究 變工況運(yùn)行 有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)集成
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK115
【目錄】：
- 摘要5-6
- ABSTRACT6-14
- 第1章 緒論14-25
- 1.1 課題背景及研究的目的和意義14-15
- 1.2 有機(jī)朗肯循環(huán)研究現(xiàn)狀15-21
- 1.2.1 有機(jī)朗肯循環(huán)熱力學(xué)研究15-17
- 1.2.2 有機(jī)朗肯循環(huán)實(shí)驗(yàn)研究17-20
- 1.2.3 ORC集成樣機(jī)研究20-21
- 1.3 當(dāng)前研究存在的問題21-23
- 1.4 本課題研究?jī)?nèi)容23-25
- 第2章 低溫有機(jī)朗肯循環(huán)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)25-44
- 2.1 引言25
- 2.2 有機(jī)朗肯循環(huán)工作原理25-27
- 2.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)27-33
- 2.4 有機(jī)朗肯循環(huán)回路主要部件33-38
- 2.4.1 工質(zhì)泵33-35
- 2.4.2 膨脹機(jī)35-37
- 2.4.3 換熱器37-38
- 2.5 實(shí)驗(yàn)操作38-41
- 2.5.1 前期準(zhǔn)備和調(diào)試38-39
- 2.5.2 實(shí)驗(yàn)操作步驟39-41
- 2.6 數(shù)據(jù)處理41-43
- 2.7 本章小結(jié)43-44
- 第3章 有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)泵運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)44-64
- 3.1 引言44
- 3.2 三柱塞泵運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)44-50
- 3.2.1 實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)工況44-45
- 3.2.2 三柱塞泵流量特性45-49
- 3.2.3 三柱塞泵實(shí)際運(yùn)行效率49-50
- 3.3 流量偏離工況下ORC運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)50-56
- 3.3.1 流量偏離工況下膨脹機(jī)運(yùn)行特性50-53
- 3.3.2 流量偏離工況下ORC系統(tǒng)運(yùn)行特性53-54
- 3.3.3 熱源溫度對(duì)ORC系統(tǒng)性能影響54-56
- 3.4 帶增壓泵的ORC系統(tǒng)工質(zhì)泵運(yùn)行特性56-62
- 3.4.1 帶有前置泵的ORC工作原理56-57
- 3.4.2 帶有前置泵的ORC實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)改造57-59
- 3.4.3 實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)驗(yàn)工況59
- 3.4.4 結(jié)果與討論59-62
- 3.5 本章小結(jié)62-64
- 第4章 有機(jī)朗肯循環(huán)變工況運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)64-84
- 4.1 引言64
- 4.2 ORC系統(tǒng)變工況運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性64-69
- 4.2.1 恒流量模式下膨脹機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性64-67
- 4.2.2 恒轉(zhuǎn)矩模式下膨脹機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性67-69
- 4.3 ORC系統(tǒng)變工運(yùn)行穩(wěn)態(tài)特性69-73
- 4.3.1 ORC系統(tǒng)輸出性能69-71
- 4.3.2 熱源溫度對(duì)膨脹機(jī)性能影響分析71-73
- 4.4 膨脹機(jī)入口過熱度影響分析73-79
- 4.4.1 實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)工況74-75
- 4.4.2 過熱度對(duì)膨脹機(jī)性能影響75-77
- 4.4.3 過熱度對(duì)ORC系統(tǒng)性能影響77-79
- 4.5 基于單螺桿膨脹機(jī)的ORC運(yùn)行特性實(shí)驗(yàn)79-82
- 4.5.1 單螺桿膨脹機(jī)ORC系統(tǒng)改造79-80
- 4.5.2 單螺桿膨脹機(jī)ORC運(yùn)行實(shí)驗(yàn)80-82
- 4.6 本章小結(jié)82-84
- 第5章 蒸發(fā)器積分溫差影響分析84-100
- 5.1 引言84
- 5.2 換熱器積分溫差定義84-88
- 5.3 積分溫差與蒸發(fā)器(?)損的關(guān)系88-92
- 5.4 第二類無量綱積分溫差與ORC性能關(guān)系92-98
- 5.4.1 第二類無量綱積分溫差與ORC系統(tǒng)輸出性能92-97
- 5.4.2 第二類無量綱積分溫差與ORC系統(tǒng)(?)損分布97-98
- 5.5 本章小結(jié)98-100
- 第6章 有機(jī)朗肯循環(huán)樣機(jī)集成及運(yùn)行實(shí)驗(yàn)100-116
- 6.1 引言100
- 6.2 ORC樣機(jī)設(shè)計(jì)和搭建100-106
- 6.2.1 樣機(jī)總體設(shè)計(jì)100-101
- 6.2.2 ORC樣機(jī)集成101-104
- 6.2.3 運(yùn)行監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)104-106
- 6.3 實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)工況106-107
- 6.4 非穩(wěn)定熱源下ORC樣機(jī)的瞬態(tài)特性107-109
- 6.5 非穩(wěn)定熱源下ORC樣機(jī)穩(wěn)態(tài)特性109-115
- 6.5.1 單螺桿膨脹機(jī)輸出性能109-110
- 6.5.2 ORC樣機(jī)系統(tǒng)性能110-115
- 6.6 本章小結(jié)115-116
- 第7章 結(jié)論與展望116-120
- 7.1 本論文主要研究結(jié)果和結(jié)論116-118
- 7.2 本論文研究意義及創(chuàng)新點(diǎn)118
- 7.3 未來工作展望118-120
- 參考文獻(xiàn)120-132
- 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果132-134
- 攻讀博士學(xué)位期間參加的科研工作134-135
- 致謝135-136
- 作者簡(jiǎn)介136
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1 徐杰;李新禹;谷操;宋佳鈁;;有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)最佳再熱壓力的確定[J];天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2009年06期
2 李艷;連紅奎;顧春偉;;有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)及其透平設(shè)計(jì)研究[J];工程熱物理學(xué)報(bào);2010年12期
3 劉經(jīng)武;戴義平;;基于有機(jī)朗肯循環(huán)低溫余熱利用研究[J];東方汽輪機(jī);2010年02期
4 張思朝;馬國(guó)遠(yuǎn);許樹學(xué);;有機(jī)朗肯循環(huán)低品位能回收技術(shù)[J];應(yīng)用能源技術(shù);2012年05期
5 張軍輝;劉娟芳;陳清華;;有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)最佳蒸發(fā)溫度和，
本文編號(hào)：570879
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