低品位熱能有機(jī)朗肯循環(huán)效率優(yōu)化的應(yīng)用研究.pdf

1、低品位熱能是指溫度相對(duì)較低的熱能，一般溫度低于200℃，這些能源種類繁多、數(shù)量巨大并且分布廣泛，包括各種工業(yè)余熱、太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等可再生能源?；厥蘸屠眠@部分能源，既有助于解決我國的能源問題，又能減少能源的浪費(fèi)和對(duì)周圍環(huán)境的熱污染。本課題研究的是針對(duì)70-150℃的低品位熱源，通過基于有機(jī)朗肯循環(huán)的熱機(jī)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)回收利用和發(fā)電。有機(jī)朗肯循環(huán)在回收低品位熱能發(fā)電時(shí)具有高效、系統(tǒng)簡單、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在缺乏專用的膨脹機(jī)設(shè)備

2、、系統(tǒng)實(shí)際效率較低等問題。針對(duì)不同溫度的低品位熱源，本課題著重分析系統(tǒng)循環(huán)效率的影響因素和優(yōu)化方法，所做的主要工作包括以下幾個(gè)方面:
　　1、有機(jī)工質(zhì)熱物性參數(shù)計(jì)算與誤差分析?；赩B編程語言為開發(fā)平臺(tái)，根據(jù)RKS狀態(tài)方程編制了有機(jī)工質(zhì)的熱力學(xué)物性計(jì)算程序，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了誤差分析。
　　2、有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)熱力分析和針對(duì)低品位熱源熱機(jī)系統(tǒng)的工質(zhì)篩選。對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)的換熱設(shè)備的換熱過程進(jìn)行熱力分析，同時(shí)提出了系統(tǒng)的凈輸出功

3、率和循環(huán)效率;制定工作流體的選擇依據(jù)，選擇適用于低品位熱能熱機(jī)系統(tǒng)的有機(jī)工質(zhì)。
　　3、單級(jí)膨脹有機(jī)朗肯循環(huán)熱機(jī)系統(tǒng)的建模和效率分析。針對(duì)溫度在70-150℃的熱源利用單級(jí)膨脹有機(jī)朗肯循環(huán)熱機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行利用和發(fā)電時(shí)，對(duì)于系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備進(jìn)行建模，編寫模擬程序，并比較和分析影響系統(tǒng)循環(huán)效率的各個(gè)因素。
　　4、兩級(jí)膨脹有機(jī)朗肯循環(huán)熱機(jī)系統(tǒng)的提出和對(duì)比分析。針對(duì)溫度較高的低品位熱源，單級(jí)膨脹系統(tǒng)效率較低的問題，提出通過兩級(jí)膨脹來降低

4、每級(jí)膨脹機(jī)的膨脹比，從而提高膨脹機(jī)的等熵膨脹效率。
　　本論文的研究結(jié)果如下:RKS狀態(tài)方程編制的熱力學(xué)物性計(jì)算程序，除液相密度相差較大，其余的狀態(tài)參數(shù)最大相對(duì)誤差均較小，不超過4.5％，計(jì)算精度較高，滿足工程計(jì)算要求。針對(duì)溫度在70-150℃的低品位熱源，綜合考慮各方面因素，可以選擇R245fa、R123和R141b作為工作流體。對(duì)規(guī)模較小的熱源，選擇渦旋膨脹機(jī)作為系統(tǒng)的膨脹設(shè)備。通過模擬計(jì)算發(fā)現(xiàn):工質(zhì)在蒸發(fā)器出口的過熱度對(duì)系統(tǒng)

5、效率的影響很小，系統(tǒng)的循環(huán)效率都是隨著熱源溫度的升高先增大后減小，例如在45℃冷凝溫度，工質(zhì)R141b在熱源溫度100℃時(shí)其效率值最大為8.2％;針對(duì)150℃的熱源，由于膨脹機(jī)的膨脹比過大導(dǎo)致等熵膨脹效率過小，使得系統(tǒng)的循環(huán)效率值很小，例如對(duì)于R245fa在熱源溫度150℃，不同冷凝溫度25℃、35℃、45℃下的效率值分別為0.5％、2.5％、4.2％。針對(duì)溫度較高的熱源，提出使用兩級(jí)膨脹熱機(jī)系統(tǒng)，并且熱源溫度越高，系統(tǒng)的循環(huán)效率的提升