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工业余热发电二元非共沸混合工质ORC系统研究

莫依璃  
【摘要】:随着我国能源短缺及环境污染的压力日益增大,利用普遍存在于建材、冶金、化工和轻工等工业生产中的低温工业余热,将其中所储存的热能转化为电能,已然成为节能减排的重要手段。余热较低的温度水平限制了常规蒸汽动力循环的热功转换效率。本文采用有机朗肯循环(ORC)系统来回收利用工业余热,探讨非共沸混合工质的组分配比及ORC运行工况,研究如何提高ORC系统的热力学性能。研究的主要内容如下: ①为比较二元非共沸混合工质与纯工质ORC系统,采用混合工质两相区平均温度为基准,以最大净输出功为评价指标,分析纯工质R245fa、R601a及混合工质R245fa/R601a系统的热力性能。R245fa/R601a (0.9/0.1)系统与纯工质系统相比具有最大热力学性能优势;R245fa/R601a质量比为(0.5/0.5)~(0.9/0.1)时混合工质系统综合热力学性能较好;存在最适宜质量比使系统发挥较优热力学性能。 ②以探讨二元非共沸混合工质组分及质量配比为目的,采用在热力性能较优但具有燃烧特性的工质中引入抑燃剂的思路,将具有抑燃特性的R13I1、R227ea、R245fa与具有易燃特性的DME、R601a、R141b以不同质量配比形成七组新型二元非共沸混合工质。以系统热力学性能及经济性为评价指标筛选出七组混合工质的适宜配比,分别为R245fa/DME (0.8/0.2)、R245fa/R601a (0.4/0.6)、R245fa/R141b(0.7/0.3)、R13I1/R601a (0.8/0.2)、R13I1/R141b (0.6/0.4)、R227ea/R601a (0.7/0.3)、R227ea/R141b (0.8/0.2)。 ③以探讨非共沸混合工质ORC系统循环工况为目的,采用筛选得到的7组适宜配比的混合物为循环工质,比较系统在不同工况下的净输出功、火用效率及LEC。结果表明在结合实际情况下尽可能地降低冷凝温度;固定余热温度及质量流量的情况下,最佳蒸发温度与余热温度保持50℃~60℃的温差;混合工质计算基准点的选择影响工质筛选的结果,合理选择基准点可提高混合工质系统性能。


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