基于有机朗肯循环和Kalina循环冷热电联供系统研究

摘要

在工业生产中会有大量余热散失到环境之中，其主要原因就是生产、传输以及用户使用过程用能的不合理性。余热回收的目的就是尽可能降低这些被浪费的余热。然而，对于许多品位较低的热源，如果仅靠简单的换热装置，这些低温余热是不能被有效利用的。而有机朗肯循环和Kalina循环热力发电系统为有效利用中低温余热开辟了新途径。
　　本文介绍了基本的有机朗肯循环系统，以及有机工质的特性和分类，对基本朗肯循环和回热朗肯循环进行了热力学分析;介绍了氨水Kalina循环，以及氨水工质的性质和计算方法，分析了氨水Kalina循环的热力学特性，进一步丰富低温余热利用体系提供了参考依据。为了更高效的利用低品位余热，本文分析了热电联产(CHP)系统模型和冷热电联产(CCHP)系统模型及其运行策略，引入热电联产-有机郎肯循环(CHP-ORC)系统与冷热电联产-有机郎肯循环(CCHP-ORC)系统，并对其进行分析。
　　构造了一种新型的基于太阳能Kalina循环的冷热电联供系统，运用工程方程求解器EES软件并对其进行数学建模和热力学分析。研究结果表明，随着汽轮机入口温度的升高，此循环的热效率先降低后升高，这是由于汽轮机做功焓降增加和太阳能装置吸热量增加的共同作用，使得汽轮机有一个“最劣”的汽轮机入口温度，它对应最低循环热效率，而且随着工作液浓度的升高，“最劣”汽轮机入口温度会降低。随着工作液浓度的升高，循环热效率先降低后升高，这是因为在研究的工况下，随着工作液浓度的升高，氨水的焓值先减小后增大。
　　构造了一种新型的R245fa与氨水联合蒸汽动力循环系统，运用EES软件对其进行数学建模和热力学分析。研究结果表明，对于同一氨水基液浓度x，随着主循环蒸发温度的升高，输出功的变化范围并不大。系统性能对底循环蒸发压力的敏感性远高于对主循环蒸发温度的敏感性，此性质为优化该系统提供了依据。本文构造了“雷达图”，可实现系统热力学性能的二维分析。

目录

声明

摘要

符号说明表

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 余热热源

1．1．2 余热的回收方法

1．1．3 热源种类的研究

1．2 研究内容及国内外现状

1．2．1 有机朗肯循环

1．2．2 Kalina循环

1．2．3 热电联产(CHP)和冷热电联产(CCHP)

1．3 本文主要工作

第二章 有机朗肯循环

2．1 工质介绍

2．1．1 有机朗肯循环应用的工质

2．1．2 有机工质的分类

2．1．3 有机工质与水的比较

2．2 基本有机朗肯循环的热力学分析

2．2．1 概述

2．2．2 分析

2．3 回热有机朗肯循环的热力学分析

2．3．1 概述

2．3．2 分析

2．4 本章小结

第三章 Kalina循环

3．1 氨水性质

3．1．1 概述

3．1．2 氨水性质探究的回顾

3．1．3 氨水性质的计算方法

3．1．4 氨水性质与讨论

3．2 Kalina循环的热力学特性

3．2．1 Kalina循环的工作过程

3．2．2 Kalina底循环的特性

3．2．3 Kalina底循环的热力学分析

3．3 本章小结

第四章 热电联产(CHP)系统与冷热电联产(CCHP)系统

4．1 热电联产系统模型

4．2 冷热电联产系统模型

4．3 运行策略

4．4 CHP-ORC系统与CCHP-ORC系统

4．5 本章小结

第五章 基于有机朗肯循环与Kalina循环冷热电联产系统研究

5．1 EES在有机朗肯循环系统热力特性研究中的应用

5．1．1 有机朗肯循环系统的数学建模

5．1．2 Engineering Equation Solver(EES)程序

5．1．3 EES模拟变工况对ORC热力特性的影响

5．2 基于太阳能Kalina循环的冷热电联供系统的热力学分析

5．2．1 系统介绍

5．2．2 热力学分析

5．3 一种R245fa与氨水联合蒸汽动力循环系统的性能研究

5．3．1 系统概述

5．3．2 系统评价

5．3．3 热力学分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 本文总结

6．2 本文不足与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果和科研项目