换热器节点温差对有机朗肯循环系统性能影响分析

发布时间：2017-04-19 16:14

  本文关键词：换热器节点温差对有机朗肯循环系统性能影响分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在我国，大量工业余热被直接废弃掉了，平均工业能源利用率仅为33%，这不仅造成了巨大的能源浪费，而且使得环境形势更加严峻。近年来，随着能源紧缺问题的日益突出，研发高效热功转化系统回收低品位工业余热已成为学术界的研究热点，其中，具有结构简单、运行成本低、余热回收效率高等优点的有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle，ORC)系统备受关注。 本文在工程计算软件EES平台上建立了ORC系统回收工业锅炉低温烟气余热的热力学模型和热经济模型。由于换热器节点温差是决定换热器换热量、换热过程不可逆损失以及换热器投资费用的关键参数，对ORC系统余热回收效率和系统投资成本具有重要影响，因此，重点分析了换热器节点温差分配和蒸发温度对系统火用效率以及单位换热面积净输出功的影响，并以单位千瓦时发电成本(EPC)为经济性评价指标，采用直接搜索法对换热器节点温差和蒸发温度等进行了多参数优化，对工质临界温度与发电成本之间的关系进行了探讨。结果表明，(1)换热器节点温差对ORC系统火用效率、单位换热面积净输出功和系统发电成本影响显著。在最佳换热器节点温差分配条件下，，蒸发器和冷凝器换热不可逆损失占系统总火用损的80%以上。随着蒸发器节点温差和冷凝器节点温差的增大，系统发电成本先降低后升高，存在一个极小值，为此，得到了系统最小发电成本及其对应的最佳循环参数。(2)热源温度在(160~200)℃范围内时，随着循环工质临界温度的升高，ORC系统最小发电成本整体呈现先降低后升高的趋势。采用临界温度在(180~205)℃范围内的有机工质R123、n-pentane、R11和R141b作为循环工质，系统具有良好的余热回收效率和经济性能。(3)通过将有机朗肯循环和蒸汽压缩制冷循环进行有效耦合，提出了新型冷电联产复合系统。优化结果表明，存在最佳膨胀机进口压力使得系统制冷量和系统火用效率最大，加装表面式回热器可以有效改善系统性能。通过工质筛选发现，采用环境友好型低沸点有机物R134a作为循环工质，冷电联产复合系统可以达到良好的效果。
【关键词】：低温烟气余热 有机朗肯循环 节点温差 冷电联产 系统优化
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK115;TK172
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-6
• 目录6-8
• 主要符号表8-9
• 1 绪论9-22
• 1.1 引言9-12
• 1.1.1 我国能源消费现状及余热资源分布9-11
• 1.1.2 工业锅炉烟气余热利用途径11-12
• 1.2 有机朗肯循环研究现状12-20
• 1.2.1 低沸点有机工质性能分析和选取12-16
• 1.2.2 系统性能评价标准16-17
• 1.2.3 系统优化方法17-20
• 1.3 本课题的主要研究内容20-22
• 2 有机朗肯循环系统热力学分析22-36
• 2.1 有机朗肯循环系统模型22-27
• 2.1.1 有机朗肯循环系统部件及特点22-23
• 2.1.2 有机朗肯循环系统热力学模型23-27
• 2.2 有机朗肯循环系统的主要影响参数27-34
• 2.2.1 蒸发温度对系统效率的影响28-29
• 2.2.2 换热器节点温差对系统效率的影响29-32
• 2.2.3 单位换热面积净输出功的影响因素32-34
• 2.3 本章小结34-36
• 3 有机朗肯循环系统经济性优化36-47
• 3.1 有机朗肯循环系统经济性模型36-38
• 3.1.1 系统经济性模型构建36-37
• 3.1.2 经济性模型优化方法及约束条件37-38
• 3.2 有机朗肯循环系统经济性分析38-42
• 3.2.1 换热器节点温差对系统经济性的影响38-40
• 3.2.2 蒸发温度对系统经济性的影响40-41
• 3.2.3 热源温度对系统经济性的影响41-42
• 3.3 有机循环工质筛选42-46
• 3.3.1 有机工质筛选标准42-43
• 3.3.2 有机工质性能对比43-45
• 3.3.3 有机工质临界温度与系统经济性的关系45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 4 基于有机朗肯循环的冷电联产复合系统47-61
• 4.1 冷电联产复合系统工作原理及结构特点47-48
• 4.1.1 基本冷电联产复合系统47-48
• 4.1.2 带回热冷电联产复合系统48
• 4.2 冷电联产复合系统热力学模型48-51
• 4.3 冷电联产复合系统参数优化及工质对比51-59
• 4.3.1 冷电联产复合系统参数优化51-57
• 4.3.2 冷电联产复合系统工质对比57-59
• 4.4 本章小结59-61
• 5 结论与展望61-63
• 5.1 结论61-62
• 5.2 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-69
• 附录69
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文和申请的专利69
• B. 作者在攻读硕士学位期间获奖情况69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 刘广林;鹿院卫;马重芳;吴玉庭;;超临界地热有机朗肯循环工质参数优化[J];工程热物理学报;2010年11期

2 魏东红;鲁雪生;陆震;顾建明;;环境温度对余热驱动的有机朗肯循环系统性能的影响[J];兰州理工大学学报;2006年06期

3 赵海涛;贺晓;王欢欢;;基于有机朗肯循环的生物质能热电联产技术的研究[J];能源研究与管理;2011年02期

4 黄允东,郁永章;利用涡旋机械的朗肯-朗肯循环制冷系统制冷剂的优选[J];流体机械;1997年01期

5 郑浩;汤珂;金滔;王金波;徐立俊;项靖麒;;有机朗肯循环工质研究进展[J];能源工程;2008年04期

6 王辉涛;王华;黄晓艳;;低温余热驱动的低沸点工质超临界动力循环[J];武汉理工大学学报;2009年14期

7 赵巍;杜建一;徐建中;;微型燃气轮机与有机朗肯循环装置组成联合循环的设计与分析[J];中国电机工程学报;2009年29期

  本文关键词：换热器节点温差对有机朗肯循环系统性能影响分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：316657