不同热源条件与模式下ORC热经济性能的比较研究

发布时间：2017-07-31 04:23

  本文关键词：不同热源条件与模式下ORC热经济性能的比较研究

  更多相关文章： 热源条件 亚临界ORC 跨临界ORC 溴化锂吸收式制冷系统 热经济性能

【摘要】：本课题主要研究了亚临界有机朗肯循环(亚临界ORC)的外部热源条件及不同热源条件下亚临界ORC与跨临界有机朗肯循环(跨临界ORC)或溴化锂吸收式制冷热经济性能的比较。对于亚临界ORC,首先从热经济学角度出发讨论了系统净输出功(Wnet),系统火用效率(ηex)及系统平准化电能成本(LEC)随烟气出口温度的变化。考虑到低温烟气余热的腐蚀性作用,分析了亚临界ORC低温烟气余热利用中固定烟气出口温度为其最低允许排烟温度的合理性与必要性。另外,基于亚临界ORC工质蒸发压力需低于其临界压力的热力学限制条件及合理的ORC系统的系统净收益应为非负的经济学限制条件,研究了亚临界ORC系统不同工质所能利用的热源条件,包括最大热源进口温度(Tgi,max),最小热源进口温度(Tgi,min)及最小热源质量流量(mg,min)。随后,对亚临界ORC性能指标(包括无量纲净输出功αWnet、ηex及年度化单位投资净收益NBI)与热源条件(无量纲烟气进口温度αTgi和无量纲烟气质量流量αmg)之间进行了关联式拟合。结果表明,对于Wnet和LEC,存在最佳烟气出口温度(Tgo,opt),对于ηex,在所研究的烟气出口温度范围内没有出现Tgo,opt。如果系统以Wnet和LEC为主要目标,在蒸发器夹点温差低于20 K的情况下,将烟气出口温度固定为其最低允许排烟温度是合理的。另外,不论纯工质或非共沸混合工质,工质可利用的Tgi,max随其临界温度(Tcr)的增大线性增加。对于纯工质,其可利用的Tgi,min受Tcr的影响较小,对于非共沸混合工质,其可利用的Tgi,min随Tcr的增大先减小后增大。不论纯工质或非共沸混合工质,随着烟气质量流量(mg)的增加,各工质所能利用的热源温度区间明显扩大,且各工质的mg,min随热源温度的增加急剧降低。αWnet、ηex和NBI随αTgi的增加分别呈二次函数、幂函数及线性函数形式增大,且NBI随αmg的增加呈幂函数形式增大。对于亚临界ORC与跨临界ORC的比较性研究,仍是以Wnet,ηex及LEC为性能评价指标。首先基于性能寻优原则,对满足夹点温差要求的跨临界ORC中膨胀机进口温度和压力进行分析和确定,随后基于固定的烟气出口温度,对不同烟气进口温度下以R601为工质的亚临界ORC和以R134a为工质的跨临界ORC的热经济性能进行比较研究。结果表明:当跨临界ORC蒸发器夹点温差位于工质进出口之间时,满足夹点温差要求的膨胀机进口压力越小越好;当跨临界ORC蒸发器夹点温差位于工质出口处时,存在最佳膨胀机进口压力。无论对亚临界ORC还是跨临界ORC,随着热源温度(Tgi)的升高,Wnet均升高,LEC均降低;对于亚临界ORC,ηex随Tgi的升高单调增加,而对于跨临界ORC,ηex随Tgi的升高先增加后减小(或保持不变)。此外,对于Wnet及ηex,存在一个热源温度区间,使跨临界ORC优于亚临界ORC,并且随着夹点温差的增大,该热源温度区间扩大;对于LEC,亚临界ORC始终优于跨临界ORC。最后,从经济学层面出发并结合工程实例,对亚临界ORC余热发电和溴化锂吸收式余热制冷进行了分析比较。结果表明,在任意Tgi、mg及当地电价或冷价(Se或Sc)下,混合工质亚临界ORC和制冷循环均优于纯工质亚临界ORC。存在临界Tgi(Tgi,cr)、临界mg(mg,cr)及临界Se(Se,cr)使混合工质亚临界ORC和余热制冷循环的经济效益相同。若Tgi(或mg或Se)低于Tgi,cr(或mg,cr或Se,cr),优选制冷循环,反之,优选混合工质亚临界ORC,且Tgi,cr、mg,cr及S电,cr均随Sc与Se的价格比(α)的增大而增大。
【关键词】：热源条件 亚临界ORC 跨临界ORC 溴化锂吸收式制冷系统 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】：TK115
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 主要符号表9-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-18
• 1.2.1 亚临界ORC余热发电研究现状11-15
• 1.2.2 跨临界ORC余热发电研究现状15-17
• 1.2.3 溴化锂吸收式制冷机余热制冷研究现状17-18
• 1.3 本课题的研究内容18-20
• 2 理论分析20-31
• 2.1 物理模型20-23
• 2.1.1 亚临界ORC系统20-21
• 2.1.2 跨临界ORC系统21
• 2.1.3 溴化锂吸收式制冷系统21-23
• 2.2 数学模型23-29
• 2.2.1 循环中各点状态参数的确定23-25
• 2.2.2 热力学计算模型25-28
• 2.2.3 经济学计算模型28-29
• 2.3 性能评价指标29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 亚临界ORC中外部热源条件的研究31-47
• 3.1 考虑低温腐蚀的亚临界ORC中烟气出口温度的研究31-37
• 3.1.1 不同烟气进口温度下亚临界ORC系统性能指标随烟气出口温度的变化32-34
• 3.1.2 不同蒸发器夹点温差下亚临界ORC系统性能指标随烟气出口温度的变化34-37
• 3.2 亚临界ORC中不同工质所能利用的临界热源条件37-41
• 3.2.1 工质的选择37-39
• 3.2.2 纯工质亚临界ORC所能利用的临界热源条件39-40
• 3.2.3 混合工质亚临界ORC所能利用的临界热源条件40-41
• 3.3 亚临界ORC各性能指标与热源条件的对应关系41-45
• 3.3.1 参数的无量纲化41
• 3.3.2 亚临界ORC性能指标随热源条件的变化情况41-42
• 3.3.3 公式拟合及误差分析42-45
• 3.4 本章小结45-47
• 4 不同热源条件下亚临界ORC与跨临界ORC热经济性能的比较47-53
• 4.1 工质的选择47
• 4.2 结果讨论与分析47-52
• 4.2.1 跨临界ORC中满足夹点温差要求的最佳(T1，，P1)的确定47-50
• 4.2.2 亚临界ORC与跨临界ORC热经济性能比较50-52
• 4.3 本章小结52-53
• 5 不同热源条件下亚临界ORC与溴化锂吸收式制冷热经济性能的比较53-61
• 5.1 工程实例53-58
• 5.2 热源条件对余热回收系统年度化净收益的影响58-60
• 5.3 本章小结60-61
• 6 结论与展望61-63
• 6.1 结论61-62
• 6.2 展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-68
• 附录68
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录68
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目68

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本文编号：597493