氨水卡林纳-朗肯循环与双压力蒸发卡林纳循环的性能研究

摘要

本论文主要研究分析了一种可实现热电联供的氨水卡林纳-朗肯循环组合系统和一种在中温余热条件下进一步提高卡林纳循环效率的双压力蒸发卡林纳循环。
　　卡林纳循环的大温差蒸发和小温差吸收冷凝的特点有利于对余热热源高效发电利用，而氨水朗肯循环在冷凝器中具有大温差排热的特性，可以将冷却水在逆流式冷凝器中加热到供暖需要的温度。通过将卡林纳循环与氨水朗肯循环相结合，组成本文主要讨论的循环:氨水卡林纳-朗肯循环组合系统(AWKRC，以下简称氨水组合系统)。该循环系统是在卡林纳循环的基础上通过增设3对三通阀（亦可用3套四通阀）使某些设备退出运行来转换为朗肯循环;在冬季按氨水朗肯循环运行以实现北方地区冬季供暖的需求，在非供暖季节则按发电效率性能更优的卡林纳循环运行。
　　采用工程计算软件EES对氨水组合系统进行了理论计算，首先建立了氨水组合系统的计算模型和各个设备的质量、能量平衡方程及循环热效率、余热回收率和动力回收效率等评价准则的计算方程。在设定的初始条件下分析循环过程中的基本浓度和工作浓度对循环性能的影响，得出了卡林纳循环的工作浓度和基本浓度存在最佳的匹配关系。在热源进口温度为300℃，冷却水进口温度卡林纳循环和氨水朗肯循环分别取25℃和15℃，热水供暖和回水温度分别为90℃和40℃条件下，选取卡林纳循环的工作浓度为0.5，其对应的基本浓度为0.314，并取氨水朗肯循环的浓度与卡林纳循环工作浓度相同即0.5，分别计算了两种循环在给定条件下的各状态点参数和循环性能;得出在浓度取最佳的匹配关系时，卡林纳循环和氨水朗肯循环发电部分的循环热效率和动力回收效率分别达到了20.9％、17.4％和17.0％、13.0％;但是加上供暖部分后氨水朗肯循环的综合回收效率可以达到19.2％。
　　本论文对氨水组合系统还进行了(炯)分析，并讨论了在卡林纳循环下蒸发器中工质过热度对循环性能的影响规律。分析结果显示，在不同的冷热源温度条件下，蒸发器工质出口的过热度存在最佳值使得循环性能达到最优，并且最优值随着工作浓度的变化而变化;由此获得了不同工作浓度条件下，最佳过热度随热源温度的变化规律。然后在最优的过热度和最佳浓度匹配的条件下对组合循环系统进行了(炯)分析，分析过程中不仅对系统的(炯)效率进行分析，还对循环过程中的各个设备的(炯)损失和(炯)效率等参数进行了计算分析。在上述给定的外界条件且内部参数优化的情况下，卡林纳循环的动力回收效率和(炯)效率分别为18.2％和41.1％;而氨水朗肯循环虽然其发电部分的动力回收效率和动力(炯)效率仅为14.6％和33.1％，但考虑供暖部分后的综合动力回收效率和综合(炯)效率分别为19.6％和46.5％。对系统进行的设备(炯)分析结果表明，不管是卡林纳循环还是氨水朗肯循环的排烟(炯)损失均达到30％以上，而蒸发器和透平的(炯)损失之和约为40％左右。
　　本论文还研究了一种可以对中温热源进行梯级利用的双蒸发压力卡林纳循环(DPV-KC)。在卡林纳循环的基础上通过在第一蒸发器后增设较低蒸发压力的第二蒸发器来利用第一蒸发器出口的热源，可以提高循环对外输送的净功。通过计算得出，双蒸发压力卡林纳循环的工作浓度和基本浓度同样存在最佳的匹配关系，在工作浓度分别取0.3、0.35、0.4和0.45时，对应的最佳基本浓度分别为0.177、0.206、0.244和0.272。在热源进口温度和冷却水进口温度分别取400℃和25℃条件下，计算分析了不同浓度条件下露点温度对DPV-KC循环性能的影响规律，得出了不同浓度的条件下对应的最佳露点温度。在工作浓度和基本浓度分别取0.45和0.272时，对应的最佳露点温度为310℃，在此条件下，双压力氨水动力循环的动力回收效率达到了28.4％，相对于单压力氨水动力循环提高了16.9％。在对双压力氨水动力循环进行(炯)分析后，相对应单压力氨水动力循环双压力氨水动力循环的烟气带走的(炯)损降低了60.2％。

目录

声明

摘要

主要符号表

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文研究目的

第二章 AWKRC系统介绍及计算模型

2．1 AWKRC循环流程

2．2 循环计算模型

2．2．1 循环的计算模型的基本假设

2．2．2 循环的热力计算模型

2．2．3 循环性能的评价准则

2．2．4 循环基本参数的假定

2．3 循环的计算过程

第三章 AWKRC循环的性能分析

3．1 卡林纳循环性能分析

3．1．1 浓度对卡林纳循环的影响

3．1．2 循环倍率对卡林纳循环性能的影响

3．1．3 卡林纳循环性能优化结果

3．2 朗肯循环性能分析

第四章 AWKRC循环的(火用)分析

4．1 (火用)的定义

4．2 (火用)分析计算模型

4．2．1 设备(火用)分析计算模型

4．2．2 (火用)分析评价准则

4．3 AWKRC(火用)分析

4．3．1．卡林纳循环热源温度与最佳浓度的匹配关系

4．3．2 蒸发器工质过热度对循环系统性能的影响及过热度的确定

4．3．3 冷热源进口温度对系统性能的影响规律

4．4 各设备(火用)分析结果

4．5 本章小结

第五章 双压力蒸发卡林纳循环

5．1 DPV-KC系统介绍

5．2 循环性能分析方法

5．2．1 循环性能分析模型

5．2．2 循环评价准则

5．3 性能优化与分析

5．3．1 浓度的优化

5．3．2 蒸发参数的确定

5．3．3 循环状态参数

5．4 单—双压力蒸发卡林纳循环的性能对比

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 成果与结论

6．2 不足与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间科研成果