低品位熱能有機朗肯循環(huán)效率優(yōu)化的應用研究.pdf

1、低品位熱能是指溫度相對較低的熱能，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、地熱能、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和對周圍環(huán)境的熱污染。本課題研究的是針對70-150℃的低品位熱源，通過基于有機朗肯循環(huán)的熱機系統(tǒng)來實現(xiàn)回收利用和發(fā)電。有機朗肯循環(huán)在回收低品位熱能發(fā)電時具有高效、系統(tǒng)簡單、環(huán)境友好等優(yōu)點，同時也存在缺乏專用的膨脹機設備

2、、系統(tǒng)實際效率較低等問題。針對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方面:
　　1、有機工質(zhì)熱物性參數(shù)計算與誤差分析?；赩B編程語言為開發(fā)平臺，根據(jù)RKS狀態(tài)方程編制了有機工質(zhì)的熱力學物性計算程序，并對計算結果進行了誤差分析。
　　2、有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)熱力分析和針對低品位熱源熱機系統(tǒng)的工質(zhì)篩選。對有機朗肯循環(huán)的換熱設備的換熱過程進行熱力分析，同時提出了系統(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系統(tǒng)的有機工質(zhì)。
　　3、單級膨脹有機朗肯循環(huán)熱機系統(tǒng)的建模和效率分析。針對溫度在70-150℃的熱源利用單級膨脹有機朗肯循環(huán)熱機系統(tǒng)進行利用和發(fā)電時，對于系統(tǒng)的各個設備進行建模，編寫模擬程序，并比較和分析影響系統(tǒng)循環(huán)效率的各個因素。
　　4、兩級膨脹有機朗肯循環(huán)熱機系統(tǒng)的提出和對比分析。針對溫度較高的低品位熱源，單級膨脹系統(tǒng)效率較低的問題，提出通過兩級膨脹來降低

4、每級膨脹機的膨脹比，從而提高膨脹機的等熵膨脹效率。
　　本論文的研究結果如下:RKS狀態(tài)方程編制的熱力學物性計算程序，除液相密度相差較大，其余的狀態(tài)參數(shù)最大相對誤差均較小，不超過4.5％，計算精度較高，滿足工程計算要求。針對溫度在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。對規(guī)模較小的熱源，選擇渦旋膨脹機作為系統(tǒng)的膨脹設備。通過模擬計算發(fā)現(xiàn):工質(zhì)在蒸發(fā)器出口的過熱度對系統(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℃時其效率值最大為8.2％;針對150℃的熱源，由于膨脹機的膨脹比過大導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％。針對溫度較高的熱源，提出使用兩級膨脹熱機系統(tǒng)，并且熱源溫度越高，系統(tǒng)的循環(huán)效率的提升