最新基于有机朗肯循环的废气发电技术的研究教学讲义ppt.ppt

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1、基于有机朗肯循环的废气发电技术的研究第一章绪论从上表中可以看出，发动机对外输出的有用功只占燃料燃烧总能量的三分之一左右；这就意味着三分之二的能量通过排气、冷却水、润滑油等途径散失掉。其中排气散失的能量所占的比例较大，且研究表明高温排气能量品质较高，能将汽车尾气能量转换为机械能、电能并用于发动机的动力输出，可以有效减少燃油消耗率，从而在一定程度上提高能源利用效率，达到节约能源的目的。1.目前主流的余热利用方法简介①温差发电是基于热电材料的塞贝克效应发展起来的一种发电技术。塞贝克效应，指当在半导体材料的两端存在温度差而产生电动势的现象，其原理表述如下：在A、B两种导体连接而成的闭合回路中，如果两

2、个结点存在温度差(T1≠T2)，就有电动势产生，这种电动势被称为赛贝克电动势或温差电动势。②余热制冷空调即利用发动机排气废热作为车用制冷空调的驱动热源，是当前车用制冷空调技术主要的发展方向，同时也具有很高的实用价值。其工作原理是：吸附剂对某种制冷剂具有吸附作用。吸附能力随吸附温度的不同而不同。周期性地冷却和加热吸附剂，使之交替吸附和解吸。吸附时，制冷剂液体蒸发，产生制冷作用；解吸时，释放出制冷剂气体，并使之凝为液体。③废气涡轮增压技术④朗肯循环余热利用技术第二章朗肯循环热力学计算和理论分析1.水和有机工质作为工作介质的比较图5（a）是水作为工作介质的温熵图，其中的3-4s为理想做功过程，3-

3、4为实际做功过程，可以看出水做工质时，膨胀过程是趋向湿蒸汽区域的，如果余热温度不高的情况下，3状态点温度很难提高，其做功曲线就会与干湿蒸汽分界线相交而使得4状态点处于湿蒸汽区域内。这样就必须采取再热或者抽气闪蒸等技术手段来防止做功完毕过热蒸汽变成湿蒸汽，使得发电的成本和工艺的复杂性提高。图5（b）为有机工质作为工作介质的温熵图，其中有机工质的做工过程为3-4，显然其做工膨胀过程趋向过热蒸汽区域，即：工质越膨胀越干燥，在透平机械中膨胀做功而不会变为湿蒸汽。并且3状态点是处于饱和蒸汽状态点，所以有机工质无需过热，这样有机工质就不会对透平机械的叶片带来冲击或腐蚀的危害。有机工质和水作为工作介质的优

4、势对比虽然使用补汽轮机和闪蒸技术的以及优化整个系统用热方式，以水为工质的余热利用系统效率可提高20~30%左右，目前可达到38~42kWh/，但基于水本身特性，在中低温条件下，其余热回收效率不可能再有很大的提升。相比较水作为工质，使用有机工质的主要优势可以归纳为：a)有机工质沸点很低，极易产生高压蒸汽。b)有机工质的蒸发潜热比水小很多，因此中低温情况下热回收率高。c)有机工质的冷凝压力接近或稍大于大气压，工质泄露可能性小，无需复杂的真空系统。d)有机工质凝固点很低(低于-73℃)，这就允许它在较中低温度下仍能释放出能量。这样做，在寒冷天气可增加出力，冷凝器也不需要增加防冻设施。e)由于有机工

5、质本身的特性，系统的工作压力低，约1.5MPa，管道工艺要求低。f)有机工质基本都是等熵工质或干流体，无需过热处理，不会在有水滴在高速情况下对透平机械的叶片造成冲击损害，也不会腐蚀透平机械。2.采用混合工质优点为了使工质温度变化趋势更贴近余热源，减少换热不可逆损失，有机朗肯循环还可以采用混合工，利用混合工质的非共沸特性：其相变时存在明显的温度滑移，如图6（b）中所示，蒸发曲线3-4为向右上倾斜的斜线，而不是单一纯工质状态下的斜率为0的水平线（图6（a）），因此工质的等温蒸发吸热过程与热源的配合紧密，换热平均温差小，而使其换热不可逆损失降低。3.理想状态朗肯循环主要过程理想状态朗肯循环主要包括

6、以下4个过程：其中，3-4过程表示工质在工质泵中的等熵压缩过程；4-1过程表示工质在蒸发器中的等压加热过程；1-2过程表示工质在膨胀机械中的等熵膨胀过程；2-3过程表示工质在冷凝器中的等压放热过程。4.理想状态下朗肯循环的具体运行过程如下：（1）等压加热：过冷态工质在工质泵的作用下流入蒸发器，恒压条件下与废气热源进行热量交换。在此过程中工质经历了预热，蒸发，过热三个阶段，对应图中4-1过程。在蒸发器中，工质吸收热量最终成为过热蒸汽。（2）等熵膨胀：过热蒸汽进入膨胀机械膨胀对外输出做功。相对于对外输出功量，工质的散热损失可忽略不计，故可将该膨胀过程视为绝热过程，对应图中1-2过程。在膨胀机械中

7、，工质蒸汽的热能转化为机械能。（3）等压放热：流出膨胀机械的工质乏气的温度与压力均有所下降，接着流入冷凝器进行定压冷凝，对应图中2-3过程。在冷凝器中，工质蒸汽对外放热冷凝成为饱和液态。（4）等熵压缩：冷凝后的液态工质在工质泵中进行加压，同样地可以忽略散热损失，故也可认为此压缩过程为绝热过程，对应图中的3-4过程。工质泵将工质增压至蒸发压力，将其并送入蒸发器，自此完成一次完整的朗肯循环。5.朗肯循环的热力分析