中低温有机朗肯循环的性能优化与实验平台构建

发布时间：2017-05-22 18:12

  本文关键词：中低温有机朗肯循环的性能优化与实验平台构建，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国中低品位余热资源普遍存在且数量巨大,如果充分利用这部分资源,将有助于优化我国能源消费结构,提高我国总体能源利用效率。有机朗肯循环(Organic Ranking Cycle, ORC)是一种新型余热利用技术,可用于各种类型中低品位余热的利用,具有效率高、投资少、环境友好等优点,在中低品位余热资源利用过程中起到重要作用。本文将围绕中低温余热利用ORC系统进行理论研究,并开展相关实验平台的构建工作,主要的研究工作如下：基于热力学第一定律和热力学第二定律,在MATLAB环境下,建立中低温余热利用ORC系统组件模型与评价模型,提出该系统有机工质的选取原则,探讨有机工质的干湿特性。在此基础上,针对中低温热源分组对比11种有机工质的热力学性能。通过对比分析发现,在低温和中温热源条件下,工质R245fa和工质R113的热力学性能优于其他有机工质。此外,在该系统模型下,针对系统关键工作参数,对系统进行敏感性分析。分析结果表明：蒸发温度、过热度和冷凝温度对提高系统性能的影响比较大,而过冷度的影响不大。开展中低温余热利用ORC系统的优化研究。采用遗传算法在MATLAB环境下编制计算程序,对ORC系统进行参数优化,得出系统在循环过程中的最佳工作参数组合和对应的最大热效率。同时,从技术和经济两方面综合考虑,构建系统性能的多目标优化模型,利用NSGA-Ⅱ算法实现对ORC系统的多目标优化,获得Pareto最优解集,并采用理想点辅助法选取优化最佳解。此外,从ORC系统结构设计的角度出发,对比分析有回热ORC系统和无回热ORC系统,认为增加回热器装置对提高系统热力性能是有利的。在国内成功搭建热源温度范围为80℃～400℃的多工质ORC实验平台。在完成实验平台总体设计方案的基础上,对系统主要设备进行选型与设计计算,并建立实验平台参数测量与控制系统,完成中低温余热利用ORC实验平台整体的构建。该实验平台主要由工质循环回路、热源回路以及冷源回路三个部分组成,可用于多种工质的实验研究,以中低温烟气作为热源,以常温冷却水作为冷源,并采用一体化设计的涡轮膨胀机。
【关键词】：中低温余热利用 有机朗肯循环 工质选择 敏感性分析 性能优化 实验平台
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK115
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 中低温有机朗肯循环的应用11-14
• 1.2.2 有机朗肯循环工质的研究14-15
• 1.2.3 有机朗肯循环的性能优化15-16
• 1.2.4 有机朗肯循环的实验研究16-17
• 1.3 课题主要研究内容17-18
• 第2章 中低温余热利用ORC系统介绍及其模型18-28
• 2.1 中低温余热利用ORC系统介绍18-19
• 2.1.1 ORC系统的工作原理18-19
• 2.1.2 ORC系统的主要特点19
• 2.2 中低温余热利用ORC系统热力模型的建立19-27
• 2.2.1 ORC系统组件模型的建立19-25
• 2.2.2 ORC系统的性能评价模型25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第3章 中低温余热利用ORC系统的热力分析28-42
• 3.1 中低温余热利用ORC系统工质分析28-32
• 3.1.1 有机工质介绍28-29
• 3.1.2 有机工质的干湿性29-30
• 3.1.3 有机工质的选取原则30
• 3.1.4 有机工质的热力分析30-32
• 3.2 中低温余热利用ORC系统敏感性分析32-40
• 3.2.1 蒸发温度对ORC系统性能的影响33-35
• 3.2.2 过热度对ORC系统性能的影响35-37
• 3.2.3 冷凝温度对ORC系统性能的影响37-39
• 3.2.4 过冷度对ORC系统性能的影响39-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第4章 中低温余热利用ORC系统的性能优化研究42-56
• 4.1 中低温余热利用ORC系统的参数优化42-46
• 4.1.1 参数优化方法简介42-43
• 4.1.2 参数优化方法基本流程43-45
• 4.1.3 参数优化结果分析45-46
• 4.2 中低温余热利用ORC系统的多目标优化46-51
• 4.2.1 多目标优化问题的描述47
• 4.2.2 多目标优化方法介绍47-49
• 4.2.3 多目标优化结果分析49-51
• 4.3 中低温余热利用ORC系统的结构优化51-54
• 4.3.1 回热型ORC系统热力模型的建立51-53
• 4.3.2 回热型ORC系统的热力分析53-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第5章 中低温余热利用ORC实验平台的构建56-71
• 5.1 实验平台总体设计方案56-58
• 5.2 系统主要设备选型与计算58-67
• 5.2.1 热源部分58-61
• 5.2.2 蒸发器61-63
• 5.2.3 冷凝器63-64
• 5.2.4 膨胀机及发电设备64-66
• 5.2.5 工质泵及变频器66-67
• 5.3 系统参数测量与控制67-70
• 5.3.1 温度参数测量67-68
• 5.3.2 压力参数测量68
• 5.3.3 流量参数测量68-69
• 5.3.4 转速参数测量69
• 5.3.5 电参数测量69-70
• 5.3.6 控制平台70
• 5.4 本章小结70-71
• 第6章 结论与展望71-74
• 6.1 结论71-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果80-81
• 致谢81

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 袁小康;谷晓平;王济;;中国太阳能资源评估研究进展[J];贵州气象;2011年05期

2 李晶;裴刚;季杰;;太阳能有机朗肯循环低温热发电关键因素分析[J];化工学报;2009年04期

3 朱江;鹿院卫;马重芳;吴玉庭;;低温地热有机朗肯循环(ORC)工质选择[J];可再生能源;2009年02期

4 顾伟;翁一武;曹广益;翁史烈;;低温热能发电的研究现状和发展趋势[J];热能动力工程;2007年02期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 高媛;非支配排序遗传算法（NSGA）的研究与应用[D];浙江大学;2006年

2 艾正海;关于多目标决策问题的理想点法研究[D];西南交通大学;2007年

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本文编号：386480