中低温余热发电的有机朗肯循环优化设计及分析

摘要

我国所占有的余热资源非常丰富,目前高温段的余热利用情况较为成熟,而中低温段的余热开发较少,有待继续开发以充分利用。在可以开发的总的余热量中,低温余热量所占比例约为40％—50%,如果能将此部分加以充分利用,则将为社会节约大量资源,同时也可以降低二氧化碳排放和热污染。本文将针对中低温余热发电的有机朗肯循环(ORC)系统从工质优选、结构优化等方面展开研究。
　　本文针对整个有机朗肯循环系统发电系统建立模型,其中基本部件包括了:热水循环、冷却水循环、工质循环三部分;对工质进行筛选,针对所选出的14种纯工质,以换热面积和输出功量的比值,建立经济性能的评价标准;针对有机朗肯循环中工质所能得到的热量潜力,建立热回收效率的评价标准;从全面综合的角度,结合热一律、热二律、经济性能和热回收率四种评价方式,使用双层规划问题的角度使用线性加权函数法提出了综合性能评价标准。在混合工质的分析中,通过改变混合比例和蒸发温度,分析了多种因素的影响。通过计算得出R123和 R245fa的目标函数值相对小于其它工质,具有更高的经济性能,且 R123在73℃时达到最小值即经济性能达到最大值;在热回收效率的角度中,热效率是临界温度的函数,对于不同的工质,临界温度较低的工质热效率较低,纯工质的比较中R1234ze、R245fa在相同的蒸发温度下具有更高的热回收效率;从综合评价系数确定的目标函数值来看,各种工质均随蒸发温度的升高先增大后减小,在352K-357K之间达到最大值,其中R113和R227ea的综合性能相对优于其他工质。对中低温余热发电的 ORC系统进行结构上的优化和分析,对添加中间换热器(IHE),采用抽气回热和再热循环循环等,从使用经济性、热回收、综合评价的角度进行分析,得出结论为:加入内部换热器和抽气回热装置均对系统的性能有所提高,而加入再热器在ORC系统中并不必要,除经济性能在某些温度区间有所提高外,其余指标均有所下降。
　　最后,本文完成了3kw的实验系统设计,对部件进行了选型、分析和核算。并对发电量150kw的机组进行了经济效益的估算和分析。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景

1.2余热能源的定义和分类

1.3余热回收方式和原则

1.4余热回收国内外研究现状

1.5有机郎肯循环的优势和存在的问题

1.6课题内容及意义

第二章 从不同角度对工质的分析

2.1有机朗肯循环的基本循环过程

2.2有机朗肯循环工质的分类和选择原则

2.3工质选择模型的建立

2.4使用经济性能的评价

2.5使用热回收效率评价

2.6提出综合评价指标对工质进行评价

2.7混合工质的分析

2.8小结

第三章 结构的优化

3.1加入内部换热器对有机朗肯循环进行优化设计

3.2加入抽气回热循环装置进行优化设计

3.3加入再热器对有机朗肯循环进行优化设计

3.4环境因素对于ORC系统的影响分析

3.5利用冷凝余热进行供热的情况分析

3.6小结

第四章 3KW的发电系统实验台设计

4.1设计背景

4.2 3KW发电系统方案

4.3选型及技术参数要求

4.4效益分析

4.5小结

第五章 总结和展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

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