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?zé)崮?、生物質(zhì)能以及工業(yè)余熱中都蘊含著大量的中低溫?zé)嵩?，其?shù)量大，但能量品位低，難以驅(qū)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(zhì)的蒸發(fā)溫度可以和中低溫?zé)嵩催_到較好匹配，被認(rèn)為是中低溫?zé)崮芾玫挠行Х绞?。通過Matlab2011結(jié)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(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O

2、RC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;搭建換熱實驗臺，對純工質(zhì)和混合工質(zhì)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(zhì)在蒸發(fā)器中與熱源的匹配程度。以此為基礎(chǔ)，建立ORC熱力計算模型。分析了工質(zhì)本身的特性對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

3、匹配的混合工質(zhì)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(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，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，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，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)，針對不高于90℃溫度范圍的地?zé)釤嵩催M行了ORC系統(tǒng)性能分析:

4、在變熱源出口溫度時，純工質(zhì)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(zhì)循環(huán)的對外輸出功次高，純工質(zhì)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(zhì)都存在一個最低可利用溫度，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)，針對利用一個220 MW電廠排煙余熱的ORC系統(tǒng)性能分析。結(jié)果表明

5、: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，要注意留有足夠的容量裕度;進行了經(jīng)濟性分析，投資回收周期為4.5年。
　　介紹了水平管內(nèi)流動沸騰實驗臺的搭建過程，完成了內(nèi)徑