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文檔簡介
1、中國是世界最大的能源消費國,占全球消費總量的23%,但能源綜合利用效率普遍較低。據(jù)統(tǒng)計,美國的能源效率高達60%,歐洲超過60%,其它發(fā)達國家的平均水平為50%,而中國僅為33%。另一方面,中國單位GDP的能耗是世界平均水平的3.2倍,其中50%以上的工業(yè)能耗以熱能的形式耗散,溫度在350℃以下的低品位余熱在工業(yè)過程中普遍存在。如何實現(xiàn)能源系統(tǒng)向清潔、低碳、高效的方向轉(zhuǎn)型成為中國當(dāng)前面臨的最大問題之一。
近年來,隨著集中式供能
2、弊端的逐漸顯露,以燃料電池、有機朗肯循環(huán)、熱電聯(lián)產(chǎn)為代表的一系列新興分布式能源技術(shù)逐漸成為國內(nèi)外關(guān)注的焦點。其中,固體氧化物燃料電池-燃氣輪機(SOFC-GT)混合動力循環(huán)因其高效、清潔、燃料多樣、發(fā)電規(guī)模靈活等特點備受親睞。而有機朗肯循環(huán)(ORC)作為回收低品位熱能的一種重要方式,也在工業(yè)余熱發(fā)電及太陽能、地?zé)帷⑸镔|(zhì)能等低溫發(fā)電領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。將SOFC-GT混合發(fā)電與ORC進行耦合形成一體化的SOFC-GT-ORC三重復(fù)合動力
3、系統(tǒng),通過系統(tǒng)集成和流程改進實現(xiàn)能量的綜合梯級轉(zhuǎn)換與高效清潔利用,與常規(guī)發(fā)電技術(shù)相比具有效率高、排放低、發(fā)電規(guī)模靈活、適合聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供等諸多優(yōu)勢。
SOFC-GT-ORC是一個多控制變量的復(fù)雜能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng),由多個具有不同技術(shù)特性的子系統(tǒng)和單元設(shè)備耦合而成,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、部件的參數(shù)設(shè)置、部件之間的相互耦合以及整體循環(huán)的一體化控制與調(diào)節(jié)都需要進行詳細的研究和設(shè)計。本論文以此為背景,對SOFC-GT-ORC三重復(fù)合動力循環(huán)進行一體化的系統(tǒng)
4、集成分析。依托g(shù)PROMS模擬仿真平臺,對SOFC-GT與ORC的耦合方案及系統(tǒng)構(gòu)形設(shè)計進行研究,并通過詳細的流程模擬開展全工況的仿真計算與性能分析,透徹了解系統(tǒng)的運行機理,分析各種參量對系統(tǒng)性能的影響,研究其關(guān)鍵的工程特性,并由此探討其最優(yōu)設(shè)計和運行方案。主要內(nèi)容及安排如下:
第一章對工業(yè)余熱利用技術(shù)和有機朗肯循環(huán)的研究背景及發(fā)展現(xiàn)狀進行介紹。
第二章對燃料電池與燃氣輪機耦合而成的SOFC-GT混合系統(tǒng)進行分析與討
5、論。
第三章對有機朗肯循環(huán)進行數(shù)學(xué)建模,并對亞臨界與超臨界兩種工況下有機朗肯循環(huán)的系統(tǒng)性能進行分析與對比。
第四章結(jié)合gPROMS過程模擬軟件對SOFC-GT-ORC三重復(fù)合動力循環(huán)進行構(gòu)型設(shè)計。
第五章基于gPROMS一體化模型對SOFC-GT-ORC的性能特性進行研究,分析關(guān)鍵參數(shù)對系統(tǒng)電效率、輸出功率等的影響,并進行參數(shù)優(yōu)化分析。
第六章研究系統(tǒng)的余熱回收方式,對不同系統(tǒng)構(gòu)型下SOFC-GT
6、-ORC的性能參數(shù)進行分析和對比。
第七章對適用于有機朗肯循環(huán)的不同類別余熱回收換熱工質(zhì)進行討論和對比分析。
第八章概括全文的主要結(jié)論和存在的不足,對下一步研究提出設(shè)想與展望。
本文完成了對SOFC-GT與超臨界ORC的耦合方案設(shè)計及系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究,提出了幾種新型的SOFC-GT-ORC系統(tǒng)構(gòu)形,獲得的一些新結(jié)果揭示了耦合系統(tǒng)的一般性能特性,給出了一些關(guān)鍵工作參數(shù)的優(yōu)化判據(jù),可為SOFC-GT-ORC及
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