中低溫地?zé)岚l(fā)電有機朗肯循環(huán)熱力學(xué)優(yōu)化與實驗研究.pdf

1、目前,我國能源供需缺口巨大,供需矛盾尖銳,長期以來以煤為主的結(jié)構(gòu)對環(huán)境造成了嚴重影響。實現(xiàn)經(jīng)濟與資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展最終只有依靠可再生能源。我國地?zé)豳Y源豐富,地?zé)岚l(fā)電投資小運行穩(wěn)定,有機朗肯循環(huán)(Organic Rankine Cycle,ORC)技術(shù)降低了地?zé)岚l(fā)電的利用溫度,增加了地?zé)岚l(fā)電資源總量。
　　本文著眼于90-120℃熱水型地?zé)豳Y源,針對中低溫地?zé)岚l(fā)電循環(huán)效率較低的問題,基于回?zé)嵊袡C朗肯循環(huán)(Regenerative O

2、rganic Rankine Cycle,RORC),提出了并聯(lián)式(Parallel Double-evaporator Regenerative Organic Rankine Cycle,PDRORC)和串聯(lián)式雙級蒸發(fā)回?zé)嵊袡C朗肯循環(huán)(Series Double-evaporator Regenerative Organic Rankine Cycle,SDRORC),采用熱力學(xué)第一定律分析法、火用分析法、熵分析法與火積分析法相結(jié)合

3、的方法建立了RORC、SDRORC和PDRORC理論優(yōu)化模型,并開展了系統(tǒng)形式和循環(huán)參數(shù)優(yōu)化分析和對比研究;以RORC為基礎(chǔ),對25種純工質(zhì)、8種二元和11種三元非共沸混合工質(zhì)的發(fā)電性能進行了評價研究;并開展了系統(tǒng)關(guān)鍵部件性能和系統(tǒng)發(fā)電性能實驗研究,重點研究了工質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)及其充注量對系統(tǒng)性能的影響;對高含水期油田伴生地?zé)崧?lián)產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟性進行了研究。主要結(jié)論如下:
　　(1)火用分析和熵分析分別從系統(tǒng)做功能力和不可逆性角度進行

4、分析,而火積分析則是從傳熱角度進行分析,盡管三種方法的研究視角不同,但在ORC的熱力學(xué)優(yōu)化方面,結(jié)果均具有一致性。
　　(2)RORC:火積損失率正比于凈發(fā)電功率,最大凈發(fā)電功率對應(yīng)于熵產(chǎn)率和火積耗散率變化率轉(zhuǎn)折點。PDRORC:凈發(fā)電功率正比于火積損失率、熱效率和火用效率,但是反比于熵產(chǎn)率。SDRORC:凈發(fā)電功率、熱效率、火用效率和火積損失率之間存在對應(yīng)關(guān)系,最大凈發(fā)電功率對應(yīng)于熵產(chǎn)率下降區(qū)間內(nèi)的最小值。
　　(3)RO

5、RC發(fā)電性能的改善程度取決于回?zé)崞餍?以全生命周期內(nèi)收益最大化為原則,實際工程中回?zé)崞餍释扑]值約為60％。SDRORC與PDRORC的發(fā)電性能均優(yōu)于RORC,但SDRORC改善程度更高,隨著地?zé)崴M出口溫差的增大,SDRORC系統(tǒng)優(yōu)勢更加明顯。
　　(4)二元非共沸混合工質(zhì)R365mfc/R245fa、isopentane/R245fa、neopentane/R245fa、isohexane/R245fa和pentane/R2

6、45fa較優(yōu);三元非共沸混合工質(zhì)R245fa/pentane/isohexane和R245fa/isopentaneiso/isohexane的發(fā)電性能較優(yōu)。
　　(5)在額定膨脹比時,渦旋式膨脹機的等熵效率最高;工質(zhì)傳熱系數(shù)正比于充注量,工質(zhì)泵出口壓力、工質(zhì)流量、蒸發(fā)器熱負荷和系統(tǒng)發(fā)電功率與熱源入口溫度之間存在正比關(guān)系;工質(zhì)最佳充注量與評價指標有關(guān),以熱效率為評價指標時,R123、R245fa和R245/Isopentane為混

7、合工質(zhì)所對應(yīng)的無量綱體積比(Dimensionless Volume Ratio,DVR)分別為0.38、0.38和0.41。
　　(6)熱源與工質(zhì)直接換熱方式改善了發(fā)電性能;設(shè)置回?zé)崞骱皖A(yù)熱器也在一定程度上提高了發(fā)電性能?！半姛嵊汀贝?lián)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)適用于地?zé)崴肟跍囟雀叨S溫伴熱地?zé)崴肟跍囟鹊偷膱龊?而并聯(lián)系統(tǒng)則恰好相反;地?zé)嵛菜〈加湾仩t每年可以節(jié)省約8160噸原油,同時還可減排大量污染物。
　　(7)吸收式制冷可以作為