中低温热源的卡琳娜循环系统分析及优化设计

摘要

在能源形势日益严峻的今天，中低温余热资源的回收利用越来越受到广泛的关注，卡琳娜循环作为一种回收低品位能源的重要方法也逐渐进入人们的视野。为了推动卡琳娜循环的发展及应用，本文主要对 Kalina循环进行了模拟分析,并对其系统进行了改进。主要研究内容和结论为：
　　以120℃左右的地热水为热源，通过对卡琳娜循环建立热力学模型，从热力学第一、二定律，经济性角度分析了系统主要参数（氨液浓度、蒸发压力、冷热源温度）对系统性能的影响，结果表明：蒸发压力一定，系统热效率、火用效率随氨液浓度增大呈先增大后减小趋势，存在使效率最大的最佳浓度；浓度一定时，系统输出功随蒸发压力的上升先增大后减小，存在最佳蒸发压力对系统输出功最有利；热源温度越高、冷源温度越低系统性能越好；系统总火用损随氨液浓度的增大而增大，而蒸发压力越高，总火用损越小；系统设备中蒸发器、冷凝器、膨胀机占火用损的主要部分；在经济性方面，不同蒸发压力下，浓度对换热器的影响不同；就汽轮机而言，高压力低浓度下其尺寸参数较小。
　　同时为了充分利用卡琳娜循环中的高温高压能，提出了一种与喷射式制冷相结合的功冷联供系统，并对其建立热力学模型分析了主要参数对系统的影响情况。结果表明：蒸发压力越大，系统效率越高，同时系统制冷量越大，而输出功先增大后减小；冷凝温度越低、热源温度越高，联供系统性能越好，同时制冷量和输出功均随之增大；系统制冷量随氨工质流量的增大而增大，做功量随其增大而减小，所以对于工质流量的选择主要由冷量及电量的需求决定。
　　最后，本文完成了25kW实验台的设计过程，并对系统主要部件进行了选型及分析。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2中低温能源介绍及其利用

1.3卡琳娜（Kalina）循环

1.4课题研究内容

第二章 卡琳娜循环的热力学分析

2.1卡琳娜系统的基本循环过程

2.2卡琳娜循环模拟条件及热力学模型的建立

2.3系统关键参数对循环性能的影响

2.4本章小结

第三章 基于卡琳娜循环的功冷联供系统

3.1卡琳娜循环功冷联供系统的提出

3.2卡琳娜功冷联供系统原理

3.3卡琳娜功冷联供系统模型的建立

3.4循环主要参数对循环性能的影响

3.5本章小结

第四章 25kW卡琳娜循环试验台的设计

4.1 25kW卡琳娜循环系统方案

4.2设备选型

4.3实验方案及实验步骤

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2建议与进一步工作

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢