低品位熱能有機(jī)朗肯循環(huán)特性與效率優(yōu)化的研究.pdf

1、我國的低品位熱能非常豐富，包括太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能、工業(yè)余熱等，有效回收利用這些低品位熱能對節(jié)能減排工作具有重要意義。本文針對70℃～150℃的低品位熱能，應(yīng)用有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)技術(shù)將其轉(zhuǎn)化為高品位的電能，實現(xiàn)低品位熱能的高效利用。本文以O(shè)RC系統(tǒng)的效率為優(yōu)化目標(biāo)，并從系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和采用混合工質(zhì)降低可用能損失的研究這兩大方面展開。主要內(nèi)容包括以下幾個方面:1）基于RKS狀態(tài)方程及熱力學(xué)普遍關(guān)系式，利用VB軟件編制常用有機(jī)工質(zhì)的熱

2、物性計算程序，并對四種純工質(zhì)R245fa、R152a、R123和R124的物性參數(shù)進(jìn)行誤差分析;2）對ORC系統(tǒng)各部件進(jìn)行分析和建模，包括蒸發(fā)器模型、冷凝器模型、膨脹機(jī)模型、工質(zhì)泵模型和內(nèi)熱交換器(IHE)模型。并在此基礎(chǔ)上，建立了ORC系統(tǒng)的模擬程序。同時指出以凈輸出功、循環(huán)效率、(火用)效率和熱效率作為ORC系統(tǒng)循環(huán)性能的評價指標(biāo);3）調(diào)試并運行基本ORC系統(tǒng)、ORC熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)系統(tǒng)及帶有IHE的ORC系統(tǒng)，分析熱源溫度、冷源

3、溫度、循環(huán)工質(zhì)類型、過熱度等不同循環(huán)參數(shù)及不同循環(huán)結(jié)構(gòu)對ORC系統(tǒng)性能的影響規(guī)律;4）完善混合工質(zhì)熱物性計算程序，并對二元非共沸混合工質(zhì)R152a/R245fa和R123/R124的物性參數(shù)進(jìn)行誤差分析。且在此基礎(chǔ)上開發(fā)采用混合工質(zhì)的ORC系統(tǒng)模擬程序，并對混合工質(zhì)和純工質(zhì)ORC系統(tǒng)的性能進(jìn)行比較。
　　本文的研究結(jié)果如下:
　　(1)對于工質(zhì)熱物性計算程序，四種純工質(zhì)R245fa、R152a、R123、R124及兩種二元非

4、共沸混合工質(zhì)R152a/R245fa和R123/R124的熱物性除液相密度計算結(jié)果的相對誤差較大外，其余物性參數(shù)的相對誤差均較小，相對誤差的最大值和平均值均在3％以內(nèi)，滿足本課題計算精度的要求;
　　(2)對于純工質(zhì)基本ORC系統(tǒng)，不同冷源溫度下，輸出功隨著熱源溫度的增加而增加。而循環(huán)效率和(火用)效率均隨著熱源溫度的增加而先增大后減小，且當(dāng)熱源和冷源間的溫差處于55℃～75℃時，各純工質(zhì)系統(tǒng)的最佳循環(huán)效率處于6.5％～7.5％;

5、
　　(3)在采用純工質(zhì)R245fa的CHPORC系統(tǒng)中，當(dāng)冷源入口溫度高于40℃，系統(tǒng)輸出生活熱水，且(火用)效率和熱效率分別比非CHP系統(tǒng)增加了29％～56％和87％～90％。此外，IHE對CHP ORC系統(tǒng)輸出功及效率的改善影響很小;
　　(4)在混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)中，除個別組分外，R152a/R245fa和R123/R124系統(tǒng)的循環(huán)性能參數(shù)均分別優(yōu)于組成該混合物的純工質(zhì)R152a和R245fa系統(tǒng)及R123和R12

6、4系統(tǒng)。當(dāng)R152a/R245 fa和R123/R124的組分比分別為0.6/0.4和0.7/0.3時，兩種混合工質(zhì)系統(tǒng)的單位輸出功最大，最大值分別為24.346 kW和19.243 kW。當(dāng)兩者的組分比分別為0.5/0.5和0.6/0.4時，兩種混合工質(zhì)系統(tǒng)的循環(huán)效率和(火用)效率最大，循環(huán)效率的最大值分別為8.67％和8.72％，(火用)效率的最大值分別為36％和35.73％。
　　本文的研究結(jié)果對于提高低品位熱能ORC系統(tǒng)的