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时间:2017-11-13
《工学工程建筑毕业论文 废热源驱动的有机朗肯循环系统夏冬季节性能比较》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、湖南师范大学本科毕业论文考籍号:XXXXXXXXX姓名:XXX专业:工学工程建筑论文题目:废热源驱动的有机朗肯循环系统夏冬季节性能比较指导老师:XXX二〇一一年十二月十日魏东红陆震鲁雪生顾建明摘要:比较了废热源驱动的有机朗肯循环(ORC)系统在夏冬季节的性能变化,循环工质为HFC-245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)。在回收利用微型燃气轮机排放废热的方法中,ORC系统具有良好的机动性、高度的安全性、对于维护保养的要求比较低等优点。对于空气冷却的ORC系统,由于夏冬季节环境温度的差异,其性能有很大的差别,
2、对于所研究的系统输出功偏离额定工况达30%以上。根据各地的实际情况,合理选择额定工况点,使系统四季均工作在额定工况点周围,有助于有效、稳定的工作。同时,由于夏季循环的平均温度与环境间的温差减小,使系统总不可逆损失减小,即系统对废热的利用更加充分。关键词:废热朗肯循环系统性能1前言我国虽然是个能源大国,但是能源的人均占有量非常低,且能源的利用率也不高。随着经济的不断发展,能源的生产和消费、能源与环境之间的矛盾不断增大。如何提高能源的利用率,减小能源对环境的污染越来越引起社会的广泛关注。大多数工业过程或电厂排放大
3、量的烟气,温度一般低于370℃。如果直接排放到空气中,大量的热能被浪费掉且会造成环境的热污染;如果以传统的方式加以回收,其经济效益又非常有限。有机朗肯循环(ORC)系统具有良好的机动性、高度的安全性及对于维护保养的要求比较低等优点。将其整合到能源系统,即以烟气余热驱动有机朗肯循环发电,可以实现用低品位能源(废热)提供高品位能源(电能),减轻电力负担,提高总的发电效率及发电量,在相同输出的条件下,减少了二氧化碳等污染物的排放,有利于环境保护[1]。根据需要,经过有机朗肯循环利用后的废气还可以用来驱动吸收式制冷机
4、制冷,进一步提高系统的能源利用率。有机朗肯循环(ORC)系统的工作状况主要取决于以下两个因素:循环工作条件及工质热力性能。循环工作条件取决于热源。工质的热力性能在选取工质时应充分考虑。根据饱和蒸汽曲线的斜率,工质可分为三种:(1)斜率为负的湿流体,大多为低分子量工质,如水、氨,它们的等熵膨胀一般会产生冷凝现象;(2)斜率为正的干流体,大多为高分子量流体,如CFC-113及苯等;(3)具有近乎垂直的饱和蒸汽曲线的等熵流体,如CFC-11、HCFC-134a等。干流体及等熵流体在饱和蒸汽状态下,即可推动涡轮机做功
5、,且不会使得状态点落到变相饱和区内,造成液滴侵蚀涡轮机叶片的情形。一般来说,干流体适于较高的工作温度,等熵流体则在低温区中有较佳表现[2]。据Tzu-ChenHung[1]报道对二甲苯(p-xylene)适合于回收温度在300℃左右的高温废热,而R113和R123在回收200℃的低温废热时有很好的性能。而据文献[3]报道,当废热的温度在150℃~200℃的范围内HFC-245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷)的性能比R123好。文献[3]讨论了HFC-245fa在利用分布式发电系统废热来驱动的有机朗肯循环中
6、的应用。HFC-245fa是Honeywell公司推出的应用于发泡工业的一种新的不易燃(non-flammable)、低压HFC制冷剂[3]。它属于等熵流体[4],具有较高的临界温度(427.2K)。在废热回收中的操作条件下它处于中压范围[5]。表1HFC-245fa的相关参数化学名称1,1,1,3,3-五氟丙烷分子式分子式CF3CH2CHF2临界压力(kPa)3640临界温度(K)427.20临界密度(kg/m3)517.0本文研究了回收温度在630K左右的烟气废热的ORC系统夏冬季节的性能,系统采用HFC
7、-245fa作为工质。2ORC系统热力分析[6、7](a)ORC系统流程图(b)ORC系统温熵图图1ORC系统流程图和温熵图图1(a)是ORC系统流程图,包括高温废气加热的干式蒸发器,空气冷却的冷凝器,储液器,液体泵和单级蒸汽透平发电机组。循环工质R245fa在蒸发器内被高温废气加热、汽化,变成高温高压蒸汽。随后进入蒸汽透平,膨胀作功发出电力。作功后的乏气进入冷凝器冷凝成液体,然后进入储液器。自储液器流出的循环工质由液体泵加压后进入蒸发器,开始下一个循环。图1(b)给出了系统的温熵图。3环境温度对ORC系统性
8、能的影响分析和讨论本文主要考察环境温度变化时,ORC系统对外输出功、系统效率、能源利用率及系统各部件损失的变化。所研究的ORC系统的额定功率为100kW,废气的进口温度在610~650K之间。工质HFC-245fa的物性参数来自美国NIST(NationalInstituteofStandardsandTechnology)Laboratories所开发的物性软件REFPROP6.0[8]。采用Mo
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