一种耦合跨临界与亚临界有机朗肯循环系统性能分析

发布时间：2017-09-01 01:09

  本文关键词：一种耦合跨临界与亚临界有机朗肯循环系统性能分析

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【摘要】：在能源消耗日益严重的今天,回收余热资源成为了缓解能源危机的一个有效途径。有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)技术能将低品位余热转化为高品位的电能输出,其结构简单、灵活性高、运行费用低、余热回收率高,近年来,ORC技术已成为余热回收利用领域研究的热点。为了提高回收烟气余热的ORC系统效率,本文构建了一种耦合跨临界与亚临界ORC系统。基于热力学基本定律和热经济学理论,对耦合ORC系统进行了详细的性能分析,同时,对比了耦合ORC系统与单级跨临界ORC系统的性能,并探讨了工质临界温度及工质组合对耦合ORC系统性能的影响。研究结果表明:①随着烟气进口温度的增加,耦合ORC系统热力学性能及热经济性能均得到改善;随着烟气出口温度的增加,耦合ORC系统净输出功率减少,而热效率则增加,其?效率先略微减少、后增加,发电成本、动态投资回收年限及静态投资回收年限先略微增加、后减小;随着余热换热器出口烟气温度的增加,耦合ORC系统的热力学性能下降,而热经济性能得到提高。②一级膨胀机进口压力的升高会使耦合ORC系统净输出功率、热效率及?效率均升高,而热经济性下降,即系统的发电成本、动态投资回收年限及静态投资回收年限均增加。③随着中间换热器节点温差的增加,耦合ORC系统净输出功率、热效率及?效率均降低,而系统发电成本及投资回收年限先快速减少、后略微增加。中间换热器节点温差存在临界值,当节点温差小于该临界值时,耦合ORC系统的热力学性能优于单级跨临界ORC系统,临界值变化范围为(0~20)℃。此外,存在最佳中间换热器节点温差使得系统热经济性能最好,该最佳值变化范围为(7~9)℃。④在计算范围内,工质临界温度大于150℃时,耦合ORC系统性能较好,同时,耦合ORC系统中工质为等熵工质时的系统性能优于为干工质时系统性能,即等熵工质对系统性能的提高有积极作用。工质组合为R123/R141b时,耦合ORC系统具有最优热力学性能,工质组合为R123/n-hexane时,耦合ORC系统具有最优热经济性能。⑤在耦合ORC系统中,?损失主要分布在余热换热器、中间换热器及预热器中,其次为冷凝器与膨胀机,工质泵的?损失最少,且各部件的?损失随运行条件的变化而变化。
【关键词】：余热回收 有机朗肯循环 耦合ORC系统 热力学性能 热经济性能
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM617
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 主要符号表8-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 研究背景和意义10-12
• 1.1.1 我国能源现状10-11
• 1.1.2 余热资源利用技术11-12
• 1.2 有机朗肯循环研究现状12-20
• 1.2.1 系统结构优化与改进12-16
• 1.2.2 系统性能评价和参数优化16-17
• 1.2.3 有机工质的筛选17-20
• 1.3 主要研究内容20-22
• 2 耦合ORC系统热力学性能分析22-46
• 2.1 耦合ORC系统热力学模型22-28
• 2.1.1 耦合系统流程22-24
• 2.1.2 热力学性能分析模型24-26
• 2.1.3 (火用)分析模型26-28
• 2.2 热力学性能分析结果与讨论28-37
• 2.2.1 烟气温度的影响29-32
• 2.2.2 一级膨胀机进口压力的影响32-33
• 2.2.3 中间换热器节点温差的影响33-35
• 2.2.4 膨胀机最佳压比35-37
• 2.3 (火用)分析结果与讨论37-44
• 2.3.1 烟气温度的影响38-42
• 2.3.2 一级膨胀机进口压力的影响42-43
• 2.3.3 中间换热器节点温差的影响43-44
• 2.4 小结44-46
• 3 耦合ORC系统热经济性能分析46-58
• 3.1 耦合ORC系统热经济模型46-50
• 3.1.1 热经济评价指标46-48
• 3.1.2 换热器面积计算模型48-50
• 3.2 热经济性分析结果与讨论50-56
• 3.2.1 烟气温度的影响51-54
• 3.2.2 一级膨胀机进口压力的影响54
• 3.2.3 中间换热器节点温差的影响54-56
• 3.3 小结56-58
• 4 循环工质组合对耦合ORC系统性能的影响58-72
• 4.1 循环工质的选择58-59
• 4.1.1 循环工质筛选要求58
• 4.1.2 循环工质物性参数58-59
• 4.2 循环工质对耦合系统热力学性能的影响59-65
• 4.2.1 系统净输出功率及热效率59-61
• 4.2.2 系统(火用)效率及(火用)损失61-63
• 4.2.3 工质组合优化结果63-65
• 4.3 循环工质对耦合系统热经济性的影响65-70
• 4.3.1 发电成本65-67
• 4.3.2 投资回收年限67-68
• 4.3.3 不同工质组合优化结果68-70
• 4.4 小结70-72
• 5 结论72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-82
• 附录82
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文82
• B. 作者在攻读硕士学位期间获奖82

【共引文献】

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本文编号：769004