有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)集成及蒸發(fā)過程性能研究.pdf

1、太陽能、地熱能、生物質能以及工業(yè)余熱中都蘊含著大量的中低溫熱源，其數(shù)量大，但能量品位低，難以驅動水蒸汽朗肯循環(huán)進行發(fā)電循環(huán)。有機朗肯循環(huán)(ORC)由于其工質的蒸發(fā)溫度可以和中低溫熱源達到較好匹配，被認為是中低溫熱能利用的有效方式。通過Matlab2011結合物性查詢軟件Refprop8.0編寫程序，建立蒸發(fā)器溫度分布模型和ORC熱力計算模型，分析純工質和混合工質在大范圍熱源、熱沉組合情況下ORC系統(tǒng)特性，總結出ORC工質的選取規(guī)律;將O

2、RC模型應用在地熱和電廠煙氣余熱，分析總結各自熱力循環(huán)特點;搭建換熱實驗臺，對純工質和混合工質在水平管中的沸騰換熱進行了研究。
　　對超臨界、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)用以評估不同工質在蒸發(fā)器中與熱源的匹配程度。以此為基礎，建立ORC熱力計算模型。分析了工質本身的特性對ORC性能的影響，包括工質屬于純工質或混合工質，工質/組分的臨界溫度、組分的構成配比、工質升溫曲線與降溫曲線的形狀;介紹了一種選取與熱沉

3、匹配的混合工質的方法;計算了不同熱源、熱沉溫度滑移情況下使用不同工質的ORC性能表現(xiàn)。研究結果表明:在高蒸發(fā)器熱源側入口溫度和低蒸發(fā)器熱源側溫度梯度時，純工質比混合工質表現(xiàn)優(yōu)異;反之，混合工質表現(xiàn)更加優(yōu)異。在蒸發(fā)器熱源側溫度梯度較小時，高臨界溫度的工質有較高的熱效率;在蒸發(fā)器熱源側溫度梯度較大時，低臨界溫度的工質有較高的熱效率。
　　從應用于中低溫地熱能的ORC系統(tǒng)出發(fā)，針對不高于90℃溫度范圍的地熱熱源進行了ORC系統(tǒng)性能分析:

4、在變熱源出口溫度時，純工質超臨界循環(huán)擁有更大的對外輸出功，但在對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;混合工質循環(huán)的對外輸出功次高，純工質亞臨界循環(huán)最低，但是這兩者運行壓力較低，安全性較高;所有工質都存在一個最低可利用溫度，純工質超臨界循環(huán)的工質的此值較高，純工質亞臨界循環(huán)和混合工質循環(huán)的此值略低。
　　從應用于電廠煙氣余熱回收的ORC系統(tǒng)出發(fā)，針對利用一個220 MW電廠排煙余熱的ORC系統(tǒng)性能分析。結果表明

5、:以熱效率為目標函數(shù)，匹配冷源的混合工質的性能最優(yōu)，比匹配熱源的混合工質的熱效率高6.01％，比純工質的熱效率高8.81％;匹配熱源的混合工質的過熱度最小，純工質的過熱度最大;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表現(xiàn)最優(yōu);回熱器與蒸發(fā)器的換熱量之比隨升溫壓力的變化有一最大值，所以在選取回熱器時，要注意留有足夠的容量裕度;進行了經濟性分析，投資回收周期為4.5年。
　　介紹了水平管內流動沸騰實驗臺的搭建過程，完成了內徑