低品位余热的有机朗肯循环发电系统的实验分析与优化设计

摘要

随着科技的发展和时代的进步，人们对于能源和环境的关注越来越多。近年来，能源危机不断爆发，全球变暖等环境问题的层出不穷，让可再生能源代替煤、石油等一次能源成为社会发展的必然趋势。设法提高能源利用效率，减少化石燃料的燃烧，是实现我国节能减排战略部署的重要举措。在这个大前提下，有机工质朗肯循环(ORC)低温发电技术应运而生。该技术的目的，在于通过利用有机工质充分吸收低品质热能，再将其转化为高品质电能，实现能源的充分利用，提高整体的能源利用效率。
　　 本项目为国家重点基础研究发展计划(973项目)课题《大规模过程系统能量集成优化的新理论和新方法的研究》的重要组成部分，目标在于通过有机工质膨胀做功，将化工冶金等大规模工业化领域里采用传统方法很难回收的低温余热进行充分回收利用。提高工业生产的热效率，减少能源消耗量，以及二氧化碳排放量。
　　 本课题通过理论分析和大量的实验，对于可能影响低温发电系统工作的各个因素进行深入研究。分析了蒸发温度、冷凝温度、膨胀比，螺杆机转速等对于系统的作用方式，并根据分析结果，对于系统的蒸发器、冷凝器、螺杆膨胀机这三个主要部件进行优化设计，选型，并最终自行设计了一套低温发电机组，提高了系统热效率和发电量，发电机组经测试，可保证长时间稳定运行。
　　 同时，本项目还对热-功转换的核心-有机工质进行了大量的理论分析和实验分析，发现有机工质的液体比热和汽化潜热之比对于有机工质的工质性能有着明显的影响。通过对于三种常用有机工质的对比实验发现，qL/r值越大的有机工质火用效率越高，同时系统的发电量越大。此外，本课题还对双元混合工质创造性的进行了实验。