有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)集成及蒸發(fā)過程性能研究
發(fā)布時(shí)間：2017-10-04 11:26
本文關(guān)鍵詞：有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)集成及蒸發(fā)過程性能研究
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【摘要】：太陽(yáng)能、地?zé)崮�、生物質(zhì)能以及工業(yè)余熱中都蘊(yùn)含著大量的中低溫?zé)嵩?其數(shù)量大,但能量品位低,難以驅(qū)動(dòng)水蒸汽朗肯循環(huán)進(jìn)行發(fā)電循環(huán)。有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)由于其工質(zhì)的蒸發(fā)溫度可以和中低溫?zé)嵩催_(dá)到較好匹配,被認(rèn)為是中低溫?zé)崮芾玫挠行Х绞�。通過Matlab 2011結(jié)合物性查詢軟件Refprop 8.0編寫程序,建立蒸發(fā)器溫度分布模型和ORC熱力計(jì)算模型,分析純工質(zhì)和混合工質(zhì)在大范圍熱源、熱沉組合情況下ORC系統(tǒng)特性,總結(jié)出ORC工質(zhì)的選取規(guī)律；將ORC模型應(yīng)用在地?zé)岷碗姀S煙氣余熱,分析總結(jié)各自熱力循環(huán)特點(diǎn)；搭建換熱實(shí)驗(yàn)臺(tái),對(duì)純工質(zhì)和混合工質(zhì)在水平管中的沸騰換熱進(jìn)行了研究。對(duì)超臨界、亞臨界工況下蒸發(fā)器中溫度的分布建立模型,并提出匹配系數(shù)用以評(píng)估不同工質(zhì)在蒸發(fā)器中與熱源的匹配程度。以此為基礎(chǔ),建立ORC熱力計(jì)算模型。分析了工質(zhì)本身的特性對(duì)ORC性能的影響,包括工質(zhì)屬于純工質(zhì)或混合工質(zhì),工質(zhì)/組分的臨界溫度、組分的構(gòu)成配比、工質(zhì)升溫曲線與降溫曲線的形狀；介紹了一種選取與熱沉匹配的混合工質(zhì)的方法；計(jì)算了不同熱源、熱沉溫度滑移情況下使用不同工質(zhì)的ORC性能表現(xiàn)。研究結(jié)果表明：在高蒸發(fā)器熱源側(cè)入口溫度和低蒸發(fā)器熱源側(cè)溫度梯度時(shí),純工質(zhì)比混合工質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)異；反之,混合工質(zhì)表現(xiàn)更加優(yōu)異。在蒸發(fā)器熱源側(cè)溫度梯度較小時(shí),高臨界溫度的工質(zhì)有較高的熱效率；在蒸發(fā)器熱源側(cè)溫度梯度較大時(shí),低臨界溫度的工質(zhì)有較高的熱效率。從應(yīng)用于中低溫地?zé)崮艿腛RC系統(tǒng)出發(fā),針對(duì)不高于90℃溫度范圍的地?zé)釤嵩催M(jìn)行了ORC系統(tǒng)性能分析：在變熱源出口溫度時(shí),純工質(zhì)超臨界循環(huán)擁有更大的對(duì)外輸出功,但在對(duì)大輸出功工況附近穩(wěn)定性很差,輸出功隨熱源出口溫度變化較大；混合工質(zhì)循環(huán)的對(duì)外輸出功次高,純工質(zhì)亞臨界循環(huán)最低,但是這兩者運(yùn)行壓力較低,安全性較高；所有工質(zhì)都存在一個(gè)最低可利用溫度,純工質(zhì)超臨界循環(huán)的工質(zhì)的此值較高,純工質(zhì)亞臨界循環(huán)和混合工質(zhì)循環(huán)的此值略低。從應(yīng)用于電廠煙氣余熱回收的ORC系統(tǒng)出發(fā),針對(duì)利用一個(gè)220 MW電廠排煙余熱的ORC系統(tǒng)性能分析。結(jié)果表明：以熱效率為目標(biāo)函數(shù),匹配冷源的混合工質(zhì)的性能最優(yōu),比匹配熱源的混合工質(zhì)的熱效率高6.01%,比純工質(zhì)的熱效率高8.81%；匹配熱源的混合工質(zhì)的過熱度最小,純工質(zhì)的過熱度最大；從減少系統(tǒng)總換熱面積的角度考慮,匹配熱源的混合工質(zhì)表現(xiàn)最優(yōu)；回?zé)崞髋c蒸發(fā)器的換熱量之比隨升溫壓力的變化有一最大值,所以在選取回?zé)崞鲿r(shí),要注意留有足夠的容量裕度；進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析,投資回收周期為4.5年。介紹了水平管內(nèi)流動(dòng)沸騰實(shí)驗(yàn)臺(tái)的搭建過程,完成了內(nèi)徑3 mm不銹鋼管在蒸發(fā)壓力0.2-0.84 MPa范圍內(nèi)的流動(dòng)沸騰實(shí)驗(yàn)。針對(duì)適用于ORC的一種純工質(zhì)(R245fa)和一種混合工質(zhì)(R134a/R245fa,質(zhì)量比0.82/0.18),研究了質(zhì)量流量、熱流密度和蒸發(fā)壓力對(duì)其流動(dòng)沸騰的影響,進(jìn)行了流動(dòng)沸騰的可視化研究,擬合了適用于該混合工質(zhì)的沸騰換熱關(guān)聯(lián)式。
【關(guān)鍵詞】：有機(jī)朗肯循環(huán) 余熱利用 地?zé)崮?/strong> 混合工質(zhì) 流動(dòng)沸騰
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK124
【目錄】：
- 摘要5-7
- Abstract7-9
- 符號(hào)表9-15
- 第1章 緒論15-27
- 1.1 研究背景15
- 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-25
- 1.2.1 中低品位熱源利用情況15-17
- 1.2.2 利用中低溫?zé)嵩吹臒崃ρh(huán)17-23
- 1.2.3 不同熱源下有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)的選擇23-24
- 1.2.4 有機(jī)朗肯循環(huán)換熱器的選擇和夾點(diǎn)溫差問題24
- 1.2.5 有機(jī)朗肯循環(huán)的結(jié)構(gòu)24-25
- 1.2.6 有機(jī)朗肯循環(huán)膨脹機(jī)的研究25
- 1.3 已有研究的不足25-26
- 1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容26-27
- 第2章 有機(jī)朗肯循環(huán)物理數(shù)學(xué)模型27-39
- 2.1 蒸發(fā)器模型27-30
- 2.2 有機(jī)朗肯循環(huán)熱力學(xué)模型30-32
- 2.3 舉例分析32-38
- 2.4 本章結(jié)論38-39
- 第3章 采用純工質(zhì)和混合工質(zhì)循環(huán)的性能對(duì)比分析39-56
- 3.1 有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)選取背景39
- 3.2 混合工質(zhì)的組合方法39-41
- 3.3 熱源的影響41-51
- 3.4 熱沉的影響51-54
- 3.5 本章結(jié)論54-56
- 第4章 利用低溫地?zé)崮艿挠袡C(jī)朗肯循環(huán)56-67
- 4.1 低溫地?zé)崮芾矛F(xiàn)狀56
- 4.2 循環(huán)工質(zhì)的選取56-57
- 4.3 計(jì)算結(jié)果討論57-65
- 4.3.1 熱效率57-61
- 4.3.2 輸出功61-63
- 4.3.3 最低可利用溫度63-65
- 4.4 本章結(jié)論65-67
- 第5章 電站鍋爐煙氣余熱回收67-77
- 5.1 電廠煙氣特點(diǎn)67
- 5.2 循環(huán)工質(zhì)的選取67-68
- 5.3 計(jì)算結(jié)果討論68-75
- 5.3.1 熱效率68-71
- 5.3.2 汽輪機(jī)入口溫度71
- 5.3.3 過熱度71-72
- 5.3.4 質(zhì)量流量72
- 5.3.5 汽輪機(jī)入口體積流量72-74
- 5.3.6 ，
本文編號(hào)：970391
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