低温有机朗肯循环发电系统研究及向心透平热力计算

摘要

有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle）以低沸点有机物为循环工质，吸收低温热能，推动膨胀机做功，对其充分开发利用对节能减排具有重要意义。而目前对ORC系统热力性能的研究大多集中在只考虑宏观系统的层面上，且很少考虑吸热量对循环系统的影响。
　　本文以烟气余热为热源，构建无回热和带有内回热的ORC系统，选用11种初选纯工质，通过热源参数变化引起工质吸热量的变化，分析工质分别在两种系统中的初温、净功量、热耗率及热损的变化规律，得出了较优工质和各工质对内回热器的匹配性；选取较优的纯工质组成不同组分的非共沸双工质，对比计算其不同配比下的温度变化规律和热力性能。得出不同工质与内回热器的热匹配性存在差异，其中R123对内回热器的匹配性最差；在设定条件下，综合工质安全性、环保性及热力性能，工质R236ea和R600a最优，R245fa和R600为较适合工质；混合工质中组分工质的沸点差越大，其热力性能比纯工质提高越多，由热力性能和经济性综合对比的结果，得到几组较好的工况：cyclohex+R236ea（2:8、4:6）、cyclohex+R245fa（4:6）、R601+R236ea（6:4）和R601+R245fa（6:4）。
　　透平的热力设计采用筛选法，在xa-Ω图中得到合理范围点，选出最优轮周效率的设计方案，检验结构合理性之后得到透平的热力设计结果。将遴选出的混合工质，进行向心式透平的热力计算，得到相应的透平关键几何结构参数和透平相对内效率，其中仅有R601+R236ea（6:4）和R601+R245fa（6:4）得到合理的设计结果，其他工况因为压比过大不能设计出合理结构的透平。
　　将透平设计的相对内效率代入系统，进行实际循环的热力计算，对比分析影响实际循环热效率的因素，以及各工质在实际循环与理想循环中热力性能表现的差异。得出压比较低时，尽管透平设计效率较高，但代入循环计算得到的循环热效率仍然较低，所以较高的压比能得到较高的循环热效率；而工质在考虑了透平设计的实际循环计算中热力性能表现与之前差异较大，特别是在低吸热区，R600和R600a明显高于其他工质，R123较之前也有了很大提高，而同一组混合工质的最佳配比也可能发生变化；此外，相同吸热量下，与理想循环相比，带有内回热器的ORC系统热力性能在考虑透平设计效率时的实际循环中进一步提高，且透平进出口压比减小，更有利于合理透平的设计。

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第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 具体研究内容

第2章 循环参数的确定以及工质选择

2.1 纯工质的遴选

2.2 纯工质计算结果及分析

2.3非共沸混合工质的性质研究及遴选

2.4 本章小结

第3章 有机工质向心透平的热力设计

3.1 向心透平特点与工作原理

3.2 有机工质向心透平设计方案的参数选择

3.3 向心透平的热力计算及结果

3.4 本章小结

第4章 考虑透平设计效率的ORC热力性能的探究

4.1 纯工质循环性能分析

4.2混合工质循环性能分析

4.3 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及其他成果

致谢