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[学位]

低品位热源发电系统理论分析与有机朗肯循环实验研究

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Author:

李茂庆 (李茂庆.)

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学位论文库

Abstract:

以传统化石燃料为基础的能源系统在推动世界经济高速发展的同时,也使得能源危机和环境恶化愈演愈烈。能源紧缺和环境污染已成为世界各国所面临的最严重的问题。开发和利用可再生能源和工业余热等低品位热源可以减少常规能源的消耗、提高能源利用效率以及减轻环境热污染。传统的水蒸汽朗肯循环在低品位热源利用中已经不再适用,取而代之的是可以高效率地利用低品位热源的非传统工质低品位热源发电系统。因此,对低品位热源发电技术进行理论和实验研究,符合国家可持续发展的基本战略路线,具有重要的现实意义和工程应用价值。本文建立了Kalina循环发电系统理论模型,分析了透平进口温度、透平进口压力以及基本溶液浓度对系统净输出功率、热效率、㶲效率以及换热器面积的影响。探讨了回热器对Kalina循环发电系统性能的影响。比较了Kalina循环和带回热Kalina循环发电系统在主要热力参数变化时的性能。
为了实现Kalina循环发电系统的实际应用,建立了Kalina循环的经济学模型。分析了系统总费用、换热器费用和单位功率费用随透平进口温度、透平进口压力以及基本溶液浓度的变化趋势。以系统㶲效率最大和总费用最小为目标函数对Kalina循环发电系统进行了多目标优化,结果表明带回热Kalina循环发电系统更适合于在较高温度和较高压力下运行,基本溶液浓度过低时会影响Kalina循环和带回热Kalina循环发电系统的综合性能。
通过分析比较不同混合工质下有机朗肯循环系统的热力学性能时发现,随着透平进口压力和温度的变化,有机朗肯循环系统的热力学性能差异很大,同时也发现回热器可以提高系统的热效率和㶲效率但不能增加系统的净输出功率。由于纯工质有机朗肯循环应用很广泛,因此采用了五个热经济性指标对超临界CO2循环和纯工质有机朗肯循环发电系统进行了分析比较。结果表明有机朗肯循环发电系统以R600a为工质时的系统净功率最大,为204.86kW,以R601为工质时的系统热效率和㶲效率最大,分别为13.8%和56.6%。回热器可以提高系统的热效率、㶲效率、超临界CO2循环的输出净功率以及系统的总费用,且随着透平进口压力的增加,回热器对系统性能的影响降低。
采用R123为工质,对低品位有机朗肯循环实验系统进行了研究,为系统的实际应用提供支持。分析了实验系统在不同热源温度和不同工质质量流量下的热力学性能。实验结果表明随着热源温度的增加系统热效率增加,随着工质质量流量的增加,透平进口压力和透平转速均增加,实验系统的发电功率可达到6.07kW,透平效率可达到58.53%。同时也揭示了随着热源温度的增加回热器对系统性能的影响加强,随着工质质量流量的增加,回热器对系统性能的影响减弱。论文对低品位热源发电系统的热经济性能以及有机朗肯循环发电实验系统的热力学性能进行了理论分析和实验研究,为低品位热源发电系统的实际应用提供支持,可以实现可再生能源及工业余热的高效利用,缓解能源危机和环境污染。论文研究内容具有重要的学术意义和工程应用价值。

Keyword:

Kalina循环 参数优化 混合工质 热经济性分析 实验研究

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学能源与动力工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学博士

Mentor: 戴义平

Year: 2014

Language: Chinese

Cited Count:

WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 8

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