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有机朗肯循环性能优化与环境影响的热力学评价

张春辉  
【摘要】:近年来,随着世界性的能源资源紧缺和全球性环境问题的日益严重,各国已在紧张的研究相关技术理论或制定相应政策应对、缓解该问题。基于低品位热能利用的有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle, ORC)是降低能源燃料消耗、节能减排的有效措施和手段,成为世界各国学者、科研机构、高等院校研究的重点课题,采用新型的冷电、热电或冷热电联供循环是提高低品位热能利用ORC系统效率和优化其性能的有效途径之一。 应用于ORC系统的有机工质具有一定的GWP值、ODP值等环境潜值,都将对环境产生一定的影响,在其生产和运输过程中可能对环境造成一定的污染,ORC系统运行过程中工质泄漏也必将加剧全球变暖、臭氧层的破坏。目前,对ORC系统的评价多集中在热力循环效率等热经济性指标方面,一些文献虽然在选取工质时考虑了其环保性能,但未对工质的环境影响进行定量分析,也未将ORC系统的热经济性和环境影响结合起来进行评价。因此本文在分析ORC系统基本性能的基础上,采用火用参数量化工质的环境影响,对同时考虑ORC系统性能和工质环境影响的综合评价指标进行研究。 本文从以下几个方面进行了分析和研究: (1)对亚临界和跨临界有机朗肯循环系统基本的性能进行分析,研究了低品位热能ORC系统对常规热力发电厂节省能源、资源消耗和温室气体减排的贡献。 (2)针对有机工质存在环境危害而ORC系统现有研究均未对有机工质的环境影响进行定量分析的现状,建立管壳式换热器ORC系统,对系统充液和泄漏模型进行分析,采用火用参数对工质的环境影响进行量化,对ORC系统环境影响火用代价进行研究。 (3)定义同时考虑工质的环境影响和循环热经济性能综合指标,通过理论分析和实例研究说明以循环综合环境影响火用效率评价ORC系统整体性能的合理性,对比分析工质境影响火用代价对ORC系统火用效率的影响。 (4)基于跨临界ORC建立冷热电联供系统模型,分析系统高、低压膨胀机入口压力和温度等参数对系统制冷量、供热量、输出功率的影响,通过实例分析跨临界ORC系统环境影响。


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