中低温有机朗肯循环发电系统性能研究与优化

发布时间：2017-11-22 02:11

  本文关键词：中低温有机朗肯循环发电系统性能研究与优化

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【摘要】：改变能源结构,优化现有能源利用方式,是缓解能源危机的有效手段。有机朗肯循环作为一种新型余热利用技术,因其结构简单、效率高、投资少、环境友好性等特点,能够有效提高能源利用率,有助于优化能源结构。本文针对中低温余热,对有机朗肯循环进行多目标的热力性能研究。以热经济学指标为目标对有机朗肯循环系统进行优化,同时开展实验台的构建工作。本文的主要研究内容如下:基于热力学第一定律、热力学第二定律以及热经济学理论,建立了中低温余热ORC系统的计算模型。对多种工质进行多目标分析,并对比研究干湿工质在热力性能与热经济性能上的差异。研究ORC运行参数对系统性能的影响。选择五种工质进行计算。其中工质为R245fa时系统热力性能与热经济性能均优于其它工质。开展了热源温度对于不同的工质ORC系统性能的影响,结果表明不同工质均存在着最佳匹配的热源温度。从工质、系统结构、循环方式等方面对ORC系统性能进行优化。采用遗传算法对8种工质进行热经济性优化,计算结果表明工质R245fa的平准化发电成本最低(0.114$/k Wh)。对两组非共沸混合工质R245fa-R600a和R245fa-Isopentane的研究发现,非共沸混合工质的热力性能要优于相应的单工质。混合工质R245fa-R600a在R245fa质量分数为70%的配比时,能实现热力性能与热经济性能均佳的情况。为进一步提高ORC系统性能,在基本的有机朗肯循环中增设内回热器。结果表明工质为R245fa时,采用内回热循环的系统热效率提高了22.12%,平准化发电成本降低了32.9%。对于超临界有机朗肯循环,10种不同工质热力性能的变化规律均与亚临界循环下的有所差别,但系统性能均优于亚临界循环。R123、R134a的热效率随蒸发压力升高而降低,R245fa、R143a的热效率随蒸发压力升高而升高。大部分工质的发电成本随蒸发压力升高而增加,增加的幅度都不同,如R123、R227ea。系统性能均在不同程度上优于亚临界循环。完成中低温余热利用(80-450oC)有机朗肯循环实验平台的构建工作。在实验台设计的基础上,进行设备选型以及设计计算,并完成了实验台测控系统的建立工作。蒸发压力最高达2.5MPa,低温热源下理论发电功率可达3k W,中温热源下理论发电功率可达10k W,适合于多种工质进行实验。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM617

【参考文献】

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2 莫依璃;工业余热发电二元非共沸混合工质ORC系统研究[D];重庆大学;2014年

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本文编号：1213089