低品位余热有机朗肯循环系统热力性能分析

摘要

随着我国经济的快速发展，能源需求量逐渐增大，而我国存在着数量巨大的低品位能源。这些低品位能源直接排放到环境中，不但造成资源的浪费，而且还会对环境造成一定的污染。而有机朗肯循环技术作为回收低品位余热的重要方法之一，必将成为未来低温余热回收利用的发展趋势，而如何选择合适的有机工质和对已经选定工质的循环如何优化成为研究ORC技术的重点之一。
　　首先，本文依据热力学基本原理，构建了亚临界无过热ORC系统的理论模型，并对其进行了简化，提出了一种不同的计算方法。并依此为理论基础比较了15种不同工质在亚临界状态下的作功能力，结果表明除HFE7100外，其余14种工质的最大作功量均随蒸发温度先升高后降低，存在一个最大值。除此之外，假设余热进口温度为453.15K，窄点温差为20K，根据工质临界温度的不同，将除R718之外的14种不同有机工质分为两组，高于热源进口温度的为一组，其余的为另一组。理论计算分析了不同蒸发温度对系统热效率、火用效率、循环净功、质量流量、透平及PAR的影响。结果表明，不存在能同时满足所有评价指标的有机工质，如热效率最优的是isopropanol；R600a的火用效率和作功能力最强；而n-pentane的PAR值最大。
　　回热式ORC系统用从透平出口的温度较高的乏汽预热经过工质泵加压的温度较低的液态有机工质，减少蒸发器内有机工质的吸热量，从而提高整个系统的性能。采用R236fa为循环工质，理论分析了回热器、过热度及回热度的影响，结果表明，增加回热器后整个系统的热效率和火用效率都有一定的提高；随着过热度的提高，ORC系统的作功量不断减小，热效率和火用效率先增大后减小，透平尺寸和有机工质质量流量都相应的减少；随着回热度的增大，热效率和火用效率都不断升高，但是在增加回热度的同时，也相应增加了整个系统的成本，因此，应该采用适宜的回热度。
　　除此之外，为了实现能量的梯级利用，进一步回收蒸发器出口的低温烟气所携带的热量，本论文还研究了ORC-TEG复合循环系统，通过计算得出，和简单ORC系统相比，ORC-TEG系统的热效率和系统所作的净功都有一定的提高，其中TEG模块的作功量完全可以抵消有机工质泵所消耗的电能。

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主要符号表

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 低温余热回收利用的方式

1.3 ORC技术国内外研究现状

1.4 本论文主要研究内容

2 不同工质亚临界ORC系统热分析

2.1 分析模型

2.2 参数设置

2.3 工质选择

2.4 结果分析

2.5 本章小结

3 回热式ORC系统热力学分析

3.1热力学分析模型和评价指标

3.2 结果与讨论

3.3 本章小结

4 ORC-TEG循环理论分析

4.1 ORC-TEG系统及热力学分析模型

4.2 ORC-TEG循环理论分析

4.3 本章小结

5 全文总结

5.1 本文结论

5.2 建议与展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文：