基于柴油機(jī)排氣余熱大溫差回收的多技術(shù)聯(lián)合循環(huán)研究.pdf

1、目前節(jié)能減排已引起廣泛重視，內(nèi)燃機(jī)作為主要的動(dòng)力機(jī)械，在全球石油消耗中所占比重極大。與此同時(shí)，內(nèi)燃機(jī)中燃料完全燃燒所釋放的能量中有很大一部分以排氣的形式(約占燃料燃燒能量的1/3左右)直接耗散到了外界環(huán)境中，未被有效利用。此部分能量的充分回收，能顯著提高內(nèi)燃機(jī)效率，緩解能源短缺、環(huán)境污染的難題。
　　對(duì)于余熱回收技術(shù)而言，有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)以其熱效率和安全性較高、維修方便等優(yōu)點(diǎn)而成為一大研究熱點(diǎn)。但有機(jī)朗肯循環(huán)中的有機(jī)工質(zhì)在較

2、高溫度下易分解，使其應(yīng)用受到很大的制約，存在著與內(nèi)燃機(jī)高溫排氣余熱不相適應(yīng)的問(wèn)題?；诖?，本文提出了適用于高溫余熱回收的技術(shù)手段與有機(jī)朗肯循環(huán)相結(jié)合的聯(lián)合系統(tǒng)，亦即蒸汽朗肯-有機(jī)朗肯的雙級(jí)朗肯聯(lián)合循環(huán)(DORC)、布雷頓-有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)(BC-ORC)以及溫差發(fā)電-有機(jī)朗肯聯(lián)合循環(huán)(TEG-ORC)充分回收內(nèi)燃機(jī)高溫排氣余熱。
　　本文以某直列6缸4沖程柴油機(jī)為研究對(duì)象，基于實(shí)驗(yàn)測(cè)得的多個(gè)典型工況下的余熱相關(guān)數(shù)據(jù)，以輸出功為目標(biāo)

3、參數(shù)，對(duì)上述三種技術(shù)方案進(jìn)行了相應(yīng)的參數(shù)優(yōu)化，以獲得最佳的運(yùn)行參數(shù)。再以回收性能指標(biāo)（輸出功、熱效率、?效率、回收效率）為主，同時(shí)兼顧其他影響系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性的指標(biāo)（渦輪參數(shù)、傳熱能力），在內(nèi)燃機(jī)的多工況下，對(duì)上述三種方案在最佳運(yùn)行參數(shù)下的系統(tǒng)性能進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比研究。研究發(fā)現(xiàn)：對(duì)于BC-ORC聯(lián)合系統(tǒng)，就回收性能而言，CO2布雷頓循環(huán)遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)空氣布雷頓循環(huán)。三種技術(shù)方案中，雙級(jí)朗肯循環(huán)的回收性能最好，其在額定工況下可取得32.63kW

4、的輸出功，相應(yīng)的熱效率可達(dá)26.55％，但其渦輪尺寸參數(shù)和傳熱能力（傳熱系數(shù)與傳熱面積之積）也較大。TEG-ORC聯(lián)合循環(huán)在三個(gè)方案中，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，更適用于內(nèi)燃機(jī)排氣溫度相對(duì)較低的低負(fù)荷工況。
　　針對(duì)雙級(jí)朗肯循環(huán)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步優(yōu)化證明：由于溫差發(fā)電模塊自身轉(zhuǎn)換效率較低，且模塊數(shù)目的增加使得高溫級(jí)朗肯循環(huán)做功能力顯著下降，溫差發(fā)電的植入并不能如預(yù)期的提高雙級(jí)朗肯循環(huán)的系統(tǒng)性能。
　　本文建立了以有機(jī)朗肯循環(huán)為底循環(huán)，余熱回收