低温余热利用方案的比较及新型联合循环系统的研究

摘要

大量低温余热存在于我国的建材、冶金、化工以及轻工等工业行业中，采用低温余热利用技术对其加以回收，对缓解我国的能源和环境问题具有重要意义。在低温余热利用技术中，目前技术较成熟、能大规模运用且效益较好的有：氨水、溴化锂吸收制冷，低温多效蒸馏和多级闪蒸海水淡化以及有机朗肯循环发电。利用多参数（净收益、减排量以及火用损）对上述三类技术五种系统在不同的热源温度区间（80~300℃）里进行了比较，确定在不同热源温度下相对应的最优余热回收利用方案。最后根据比较结果，建立新型联合循环系统，并对系统的性能进行分析，同时对联合循环系统与单独的余热利用系统进行比较。结果表明：
　　在五个单独系统的比较中，当热源温度T1为80℃~110℃时，LT-MED海水淡化系统的净收益和年均CO2减排量皆为最优，而LiBr吸收制冷火用损量最小；在热源温度为110℃~180℃时，LiBr吸收制冷的净收益最大，并且火用损量最小，而ORC系统的CO2减排量最大；在热源温度为180℃~220℃时，ORC系统的CO2减排量最大而火用损量最小，但是LiBr吸收制冷的净收益最大；当热源温度高于220℃时，ORC系统在三个参数的比较中均最优。而在综合考虑三个参数后，分析表明：当热源温度低于110℃时，使用LT-MED海水淡化系统最能有效回收工业余热；当热源温度高于210℃时，使用ORC系统回收余热效果最好；而当余热温度在110℃~210℃之间时，LiBr吸收制冷系统为最优选择。
　　根据以上结果，当热源温度在100℃以下时，所有系统的经济效益皆较差，而在温度稍高时，以溴化锂吸收制冷和ORC系统的性能为较优，所以用此二者建立联合循环系统，并进行分析。发现联合循环系统并非在所有的情况下皆能耦合，只有当热源温度低于200℃时，联合循环系统在设定的工况下（ΔT=5℃，TE2=5℃）方能耦合。但随ORC系统蒸发器夹点温差的升高，系统能耦合的热源温度也会相应升高。同时随夹点温差的升高，相同热源温度下系统在耦合工况下的蒸发温度和系统的效率，以及净收益皆会逐渐降低，而系统所需的冷却水流量则逐渐增加；随制冷蒸发温度升高，冷媒水的流量增加，系统的净收益也相应增加，但制冷蒸发温度对系统能耦合的热源温度影响较小。
　　最后将联合循环系统与其他单独的余热利用系统相比较，发现联合循环系统在其能耦合的热源温度区间内（200℃以下）具有最好的回收效果；而在不能耦合的热源温度区间内，并且热源温度较高时，与其它单独的余热回收利用系统相比，采用非耦合运行也能使联合循环系统有较好的性能。

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主要符号表

1 绪 论

1.1余热利用的背景和意义

1.2余热利用技术的简介

1.3低温余热利用技术的现存问题

1.4本文的主要研究内容

2 低温余热利用方案的模型及原理

2.1有机工质朗肯循环

2.2吸收制冷系统

2.3海水淡化系统

3 低温余热利用方案的分析与比较

3.1 系统工况优化分析

3.2 低温余热利用方案的性能比较

3.3 综合比较

3.4 小结

4 联合循环系统模型的建立与分析

4.1 联合系统模型

4.2 联合系统性能分析

4.3 联合系统对比分析

4.4 小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献