制冷工质在低温发电中的热力分析解析

《制冷工质在低温发电中的热力分析解析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第８卷第３期热科学与技术Vol．８No．３２００９年９月JournalofThermalScienceandTechnologySep．２００９文章编号：１６７１‐８０９７（２００９）０３‐０２４８‐０７DOI：１０．３９６９／j．issn．１６７１‐８０９７．２００９．０３．０１１制冷工质在低温发电中的热力学分析马一太，龚文瑾，李敏霞（天津大学热能研究所，天津３０００７２）摘要：基于常规能源日益稀少，环境污染日益严重，主要研究开发利用太阳能来进行低温发电。采用了CO２、R１２３、R１３４a、R２９０、R６００、R２３６fa、R２４５fa、NH３等８种常用的制冷剂，选用等工况（same

2、workingcondition，SWC）和最佳蒸发压力（optimalevaporatingpressure，OP０）两种研究方法，分析各个工质的循环特性。并以CO２的跨临界循环和R１３４a的亚临界循环为例，进行分析，对比了不同太阳辐射量和工质质量流量下效率、温度及膨胀比的变化。结果表明，CO２的膨胀比最小，膨胀性能优于其他７种工质，最差的为R２４５fa。OP０法的计算方法只适用于亚临界循环，不适用于跨临界循环。在进行非常规循环（跨临界循环）与常规循环（亚临界循环）热源条件变化的对比中，SWC法更有说服力。关键词：CO２；低温发电；发电效率；泵功效率；膨胀性能中图分类号：TK６１２文

3、献标识码：A统的研究一直没有中断。为了充分利用太阳能资0引言源同时又解决环境污染问题，２００４年日本建了一常规能源的全球拥有量急剧下降，同时环境［２］座小型的供电系统。此系统叫做SolarCO２危害不断突出，可再生能源成为现今改变人类的RankineSystem（SCRS），它利用太阳能做热源，能源结构、维持长远的可持续发展的依托。在可再CO２为循环工质。Yamaguchi等在该循环系统的生能源中，太阳能以其独有的优势而被人们所重［３‐４］可行性和理论分析上做了一系列工作，结果表视。丰富的太阳能是重要的能源，取之不尽、用之明，CO２在太阳能集热器中可以达到高温的超临不竭、无污染。太阳能

4、每秒钟到达地面的能量高达界状态，并且超临界的CO２相比于其他工质有着８０万千瓦，假如把地球表面０．１％的太阳能转为很高的集热效率。文献［５］进行了实验研究，实验电能，转变率为５％，每年发电量可达５．６×中利用膨胀阀代替汽轮机，实验数据表明在以太１２［１］１０kW·h，相当于世界上能耗的４０倍。太阳能阳能为热源的朗肯循环中应用CO２跨临界循环的利用得到了突飞猛进的发展，如光伏（太阳能电是可取的，而且即使在多云的天气条件下，超临界池）发电系统，将太阳能直接转换为电能；太阳能CO２的集热效率也可达到７０％，整机发电效率在聚热系统，利用太阳的热能产生电能；被动式太阳８．７８％～９．４５％，而且

5、整个系统还能通过优化和房；太阳能热水系统；太阳能供暖和制冷等等。利用汽轮机达到更高的效率。枟京都议定书枠中要求温室气体排放量相比在对太阳能CO２Rankine循环系统的研究基于１９９０年要降低５．２％，这给科学家们提出了新础上，本文针对不同制冷工质用于太阳能低温发的难题，大家开始研究如何使温室气体能够循环电Rankine循环的热力学性能进行了研究。利用以及如何将现今的自然工质和合成制冷剂应1模型的建立与工质的性质用于太阳能低温发电系统中。CO２作为循环工质的低温发电系统的研究早图１所示为本文建立的理论循环系统示意图。在２０世纪五六十年代就出现了，但对其效率及系工质由高温高压的状态１在汽

6、轮机内进行等熵膨收稿日期：２００９‐０７‐１３；修回日期：２００９‐０８‐１２．作者简介：马一太（１９４６‐），男，博士，教授，博士生导师．E‐mail：ytma＠tju．edu．cn第３期马一太等：制冷工质在低温发电中的热力学分析２４９胀，到达状态２之后在冷凝器中进行等压冷凝，形由于R１２３临界压力低和单位容积制冷量小，而因成恰好到达液态或具有一定过冷度的液体３，放出其具有的毒性，又使它的应用受到限制。除了CO２、的热量可用于热水供应，提高循环的能源利用率，NH３，其他工质的临界压力都较低，临界温度都较高液体３由工质泵升压到４状态，进入太阳能集热器（１００℃左右）。CO２具有较高的临

7、界压力和较低临内吸收太阳辐射热量，到达状态１，进而完成一次循界温度，因此在本文的热力计算中对于CO２采用跨环过程。在循环计算过程中忽略了管道及传热过程临界循环进行研究，即工质在蒸发段存在较大的温的各项损失，理论计算均为理想情况。度滑移，如图３中５→１点所示，而其他７种工质均采用亚临界循环与CO２进行对比。表１８种制冷剂的热力学性质Tab．１Thermodynamicpropertiesof８refrigerants制冷剂ODPGWP／１００a临