不同类型蒸发器对ORC发电系统性能影响的实验研究

摘要

文章以促进中低温能源高效利用为目的，以热力学定律为基础，建立数学模型，采用换热性能分析、热效率分析、分析和温度效率分析等评价方法，对应用两种型式蒸发器的 ORC发电系统进行了实验分析与比较（分别简称为板式ORC发电系统与管壳式ORC发电系统），确定了最佳运行工况规律，同时发现了ORC系统运行过程中存在的一些问题，并针对其提出了改进设想。实验中分别模拟不同温度的热源条件并保持不变，调节工质流量工况，记录运行过程中流体在各组件进出口热力学参数，运用不同软件对实验数据处理分析，对ORC系统中换热器的优选进行了分析。
　　无论ORC发电系统采用何种换热器为蒸发器，均存在最佳工质流量、最佳蒸发温度与最佳蒸发压力使得系统换热性能与系统发电性能最佳，且热源温度越高，系统性能越佳，对应的最佳工质流量也越大；蒸发器出口工质过热度与蒸汽量是决定系统发电性能的两大主要因素，板式ORC发电系统在蒸发器出口工质低过热度情况下易出现系统不稳定现象，然而板式ORC发电系统最佳系统性能均出现在蒸发器出口工质低过热度状态下，甚至出现在气液混合情况下，因此，当在ORC发电系统中应用板式蒸发器时，应当在计算换热面积的基础上增加一定富余量；管壳式ORC发电系统中，在蒸发器出口过热状态下未出现不稳定现象；蒸发空间小是造成板式蒸发器在ORC系统中出现的问题的主要原因，针对以上板式蒸发器存在的问题，文章提出了一定解决设想。
　　比较应用两种不同型式蒸发器的ORC发电系统，板式蒸发器在占地空间、造价成本以及密封方面要明显优于管壳式蒸发器，同时，板式蒸发器换热性能与压降要优于管壳式蒸发器，100℃热源温度下，板式换热器的换热系数可以达到3164.79 W/m2·℃，管壳式ORC系统最高达到1977 W/m2·℃；板式蒸发器的最大换热系数约是管壳式蒸发器的1.6倍；管壳式ORC系统的发电功率、热效率和效率均优于板式ORC系统，管壳式ORC系统最大热效率和效率分别可以达到5.75％和43.01%，板式ORC系统可以达到3.64%和28.92%，管壳式ORC系统约为板式ORC系统的1.5倍。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

字母注释表

第一章 绪论

1.1 中低温能源高效利用研究背景

1.2 中低温能源发电系统的研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 研究内容

第二章 ORC热力循环系统特性分析

2.1 ORC系统热力学循环分析

2.2 数学计算模型

2.3 本章小结

第三章 不同蒸发器ORC发电系统特性的实验研究

3.1 实验发电系统简介与换热部件设计

3.2 采用板式蒸发器的ORC发电系统性能研究

3.3 采用管壳式蒸发器的ORC系统性能研究

3.4 结论分析

3.5 本章小结

第四章 板式蒸发器与管壳式蒸发器对ORC系统影响比较

4.1两种不同类型蒸发器在ORC系统中换热性能比较

4.2 应用不同类型蒸发器的ORC系统发电功率、热效率与?效率比

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢