中低溫地?zé)崮茈p吸收Kalina循環(huán)系統(tǒng)熱力學(xué)優(yōu)化與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、化石能源的日益枯竭推動(dòng)了可再生能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展,其中以有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)(Organic Rankine Cycle,ORC)和Kalina循環(huán)系統(tǒng)為代表的雙循環(huán)發(fā)電技術(shù)得到了廣泛的關(guān)注。對于中低溫?zé)崮?由于氨水工質(zhì)的變溫相變特性使得Kalina循環(huán)的性能優(yōu)于ORC循環(huán)。在中低溫地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)中,Kalina發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)的排水溫度(高于80℃)較高,熱源未被充分利用。采用第二類吸收式熱泵回收發(fā)電后地?zé)嵛菜臒崃?可以降低地?zé)嵛菜呐欧艤囟?/p>

2、并相應(yīng)提高系統(tǒng)凈發(fā)電功率,故將Kalina循環(huán)與第二類吸收式熱泵耦合形成雙吸收Kalina循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。
　　本文針對Kalina(KCS34和KCS11)、ORC等循環(huán)模式,在確立以系統(tǒng)的凈發(fā)電功率、熱效率和火用效率作為發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)目標(biāo)函數(shù)的基礎(chǔ)上,以實(shí)現(xiàn)中低溫地?zé)豳Y源充分利用為目的。采用了參數(shù)優(yōu)化分析方法,對不同系統(tǒng)的循環(huán)形式與循環(huán)參數(shù)進(jìn)行熱力學(xué)優(yōu)化,得出適用范圍內(nèi)的最佳性能參數(shù),以提高系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
　　此外,著

3、眼于拓展中低溫地?zé)豳Y源的適用范圍,改進(jìn)中低溫發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)形式,并提出雙吸收Kalina循環(huán)系統(tǒng)。以單位地?zé)崴l(fā)電功率為性能評價(jià)指標(biāo),采用敏感性分析法和參數(shù)分析法分別對熱源溫度、冷源溫度、氨水濃度、流量、循環(huán)倍率等參數(shù)對吸收升溫性能的影響進(jìn)行了分析和研究。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并搭建吸收升溫實(shí)驗(yàn)裝置,對循環(huán)系統(tǒng)關(guān)鍵部件性能和系統(tǒng)性能開展了實(shí)驗(yàn)研究。其中,主要從系統(tǒng)的傳熱特性和吸收升溫性能,對不同工況下仿真計(jì)算與實(shí)驗(yàn)測試得出的循環(huán)參數(shù)進(jìn)行了

4、對比分析。驗(yàn)證雙吸收Kalina循環(huán)系統(tǒng)的可行性,并為雙吸收Kalina循環(huán)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持和優(yōu)化分析基礎(chǔ)。主要結(jié)論:
　　(1)在Kalina發(fā)電循環(huán)系統(tǒng)中,氨水濃度和汽輪機(jī)入口壓力在一定冷、熱源條件下存在最佳匹配關(guān)系。循環(huán)系統(tǒng)凈發(fā)電功率與熱源溫度和冷源溫度有著密切的關(guān)系;冷凝溫度升高使得汽輪機(jī)出口壓力呈指數(shù)關(guān)系增長。當(dāng)冷卻水溫度較高時(shí),Kalina循環(huán)中的低溫回?zé)崞髯饔貌⒉幻黠@。
　　(2)對于ORC發(fā)電循環(huán),隨著熱源溫

5、度的升高,工質(zhì)的最佳蒸發(fā)溫度逐步提高,對應(yīng)的蒸發(fā)壓力也隨之升高。熱源溫度高于100℃時(shí),KCS34循環(huán)發(fā)電性能優(yōu)于ORC循環(huán),而KCS34循環(huán)的工作壓力是ORC循環(huán)的3.5倍左右。
　　(3)雙吸收Kalina發(fā)電循環(huán)凈發(fā)電功率比Kalina循環(huán)高8％。雙吸收Kalina循環(huán)系統(tǒng)的熱效率和凈發(fā)電功率都隨著發(fā)生壓力的變化而存在最優(yōu)值。當(dāng)熱源溫度為122℃,冷源溫度為25℃時(shí),最佳濃度和汽輪機(jī)入口壓力分別為0.7和46bar。吸收升溫

6、中的蒸發(fā)壓力在10~20bar范圍內(nèi)對雙吸收Kalina循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)電性能影響較小。
　　(4)在吸收升溫裝置中,冷、熱源溫度的變化對于吸收升溫裝置的影響程度分別為10%、9.8%和6%。吸收器管內(nèi)流體的流態(tài)為湍流時(shí),吸收器的吸收能力較好。根據(jù)吸收升溫實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,冷凝器火用損失最大,依次是蒸發(fā)器、吸收器,火用損失最小的是發(fā)生器。
　　(5)吸收升溫裝置中吸收器的傳熱系數(shù)要低于理論設(shè)計(jì)值,在260~340 W/m2·K之間。