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中低温余热发电有机朗肯循环系统性能分析及优化研究

徐建  
【摘要】:我国中低温余热资源总量十分丰富,尤其是在工业领域,如果能加以充分利用,将为社会节约大量资源。有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle,简称ORC)发电系统具有结构简单、效率高、环境友好和负荷适应能力强等优点,因此将在中低温余热利用中起到重要作用。本文将围绕中低温余热发电有机朗肯循环系统开展相关理论研究及分析工作。 首先,本文建立了该系统各组件模型、性能评价模型和全局模型,并绘出全局模型求解程序流程图,基于该流程图,使用EES软件编出该模型求解程序。借鉴国内外ORC发电系统工质选取标准,提出了适合该系统工质选取的原则,基于该原则,从49种工质中筛选出16种适合工质。研究了这些工质的适用条件、干湿性和饱和性质,并通过编程的方法分析、优化和对比了这些工质在亚临界或超临界ORC下的系统性能,通过比较优化后各工质所对应的系统性能发现,R152a所对应的系统性能较好。 然后,对以R152a为工质且工作在超临界区域的该系统进行了优化研究。在基本系统上增加回热器,并对增加回热器前后的系统性能进行了比较研究,发现:增加回热器后,系统的热力性能提高,投资成本略有增加,从长远来看,增加回热器是利大于弊。针对增加回热器后的系统,通过多目标优化方法获得了更好满足工程需要的设计工况及系统性能。通过分析该系统各组件的?损失发现,膨胀机的?损失占系统总?损失的40%左右,通过对不同结构形式膨胀机的对比发现,径流涡轮式膨胀机更适合该系统。以内效率作为该膨胀机热力性能评价指标,通过编程的方法对其进行了优化,优化后的内效率达80.13%,同时获得了一些较优的基本热力参数和结构参数。基于所编写的膨胀机优化程序,本文开发出了径流涡轮式膨胀机热力设计及特性分析软件。 本文的研究成果为中低温余热发电技术的开发奠定了理论基础,并可为下一步试验研究的开展提供了理论指导,因而对推进我国节能减排事业的发展具有重要的理论价值和现实意义。


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