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低温热源驱动的小型有机朗肯循环研究

作　者: 刘杰
导　师: 陈江平
学　校: 上海交通大学
专　业: 制冷与低温工程
关键词: 有机朗肯循环膨胀机 R245fa R134a 低温热源余热利用
分类号: TK115
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

我国工业能源消耗占全国总能源消耗的70%以上,其中至少50%的工业耗能以各种形式的余热被直接废弃,有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle)系统是一种可利用低温热源发电的新技术,在该领域应用前景广阔。除工业余热外,生物质能、太阳能、地热是常见的四种低品位热源,而热源特性、品质又各有不同,适用这几种低品位热源的有机朗肯循环工质的选择尚没有定论。本文选择了R134a、R245fa、R407c、RC318、R22、R123、水和R11八种工质进行了理论研究,建立了热力学模型,并对其循环特性进行分析。结果表明,膨胀机进口温度和蒸发压力改变时,工质的沸点越高,循环的平均效率越高。证明了在100℃左右低温热源下,R245fa是最合适的工质。根据理论计算结果,以100℃热源和1kW膨胀功为设计输入条件,建立了有机朗肯循环性能实验台。该实验台能够模拟150℃以下的热源温度变化以及冷热源流量变化条件,获得各部件的热力学参数和性能表现。对R134a、R245fa、R22和R32这四种循环工质进行评估,首先实验研究了发电负载对热力学循环的影响。结果表明:发电负载仅与全局效率有关,与循环效率无关。在这四种工质实验中,R245fa系统循环压力比较低,效率能达到8.48%,过热度仅为11℃,循环匹配性最好;R32系统运行压力高达2514kPa,效率却仅为1.6%,循环经济性因素最差。为探索工业余热温度以及流量不稳定的特性,通过调节实验台热油温度、热油流量和工质流量,获得参数变化对膨胀机、换热器、循环泵以及系统性能的影响。试验结果表明,热源温度上升,R245fa系统的效率较R134a系统高,且R245fa系统更有利于膨胀机性能的提高;工质流量增加,两个循环的膨胀输出功增加,但对循环效率影响不大;热油流量增加,仅循环泵转速增加,循环效率无变化。最后,对有机朗肯循环的性能优化进行了探讨,研究了增加中间换热器和抽气再热循环对循环的影响能量品位的转变进行了研究。结果显示增加中间换热器和抽气再热后,动计算方法,特定工况下的R245fa系统效率从8.89%提升到10%效率由63.8%提升到72.41% 66.89%提高到72.98%,且蒸发器的部件影响因子由60.4%减少到51%。

低温热源驱动的小型有机朗肯循环研究

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