中低温有机朗肯循环发电系统性能研究与优化

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1、硕士学位论文中低温有机朗肯循环发电系统性能研究与优化PERFORMANCESTUDYANDOPTIMIZATIONOFORGANICRANKINGCYCLEUSINGMEDIUMANDLOWTEMPERATUREHEAT石洋哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TK123学校代码：10213国际图书分类号：536.7密级：公开工学硕士学位论文中低温有机朗肯循环发电系统性能研究与优化硕士研究生：石洋导师：李炳熙教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK123U.D.C.

2、:536.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPERFORMANCESTUDYANDOPTIMIZATIONOFORGANICRANKINGCYCLEUSINGMEDIUMANDLOWTEMPERATUREHEATCandidate：ShiYangSupervisor：Prof.LiBingxiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergyScience&EngineeringDate

3、ofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要改变能源结构，优化现有能源利用方式，是缓解能源危机的有效手段。有机朗肯循环作为一种新型余热利用技术，因其结构简单、效率高、投资少、环境友好性等特点，能够有效提高能源利用率，有助于优化能源结构。本文针对中低温余热，对有机朗肯循环进行多目标的热力性能研究。以热经济学指标为目标对有机朗肯循环系统进行优化，同时开展实验台的构建工作。本文的主要研究内容如下：基于热力学第一定律、热力学第二定律以及热经济学理论，

4、建立了中低温余热ORC系统的计算模型。对多种工质进行多目标分析，并对比研究干湿工质在热力性能与热经济性能上的差异。研究ORC运行参数对系统性能的影响。选择五种工质进行计算。其中工质为R245fa时系统热力性能与热经济性能均优于其它工质。开展了热源温度对于不同的工质ORC系统性能的影响，结果表明不同工质均存在着最佳匹配的热源温度。从工质、系统结构、循环方式等方面对ORC系统性能进行优化。采用遗传算法对8种工质进行热经济性优化，计算结果表明工质R245fa的平准化发电成本最低(0.114$/kWh)。对两组非共沸混合工质R245fa-R600a和R245fa-Isopentane的研究

5、发现，非共沸混合工质的热力性能要优于相应的单工质。混合工质R245fa-R600a在R245fa质量分数为70%的配比时，能实现热力性能与热经济性能均佳的情况。为进一步提高ORC系统性能，在基本的有机朗肯循环中增设内回热器。结果表明工质为R245fa时，采用内回热循环的系统热效率提高了22.12%，平准化发电成本降低了32.9%。对于超临界有机朗肯循环，10种不同工质热力性能的变化规律均与亚临界循环下的有所差别，但系统性能均优于亚临界循环。R123、R134a的热效率随蒸发压力升高而降低，R245fa、R143a的热效率随蒸发压力升高而升高。大部分工质的发电成本随蒸发压力升高而增加

6、，增加的幅度都不同，如R123、R227ea。系统性能均在不同程度上优于亚临界循环。o完成中低温余热利用（80-450C）有机朗肯循环实验平台的构建工作。在实验台设计的基础上，进行设备选型以及设计计算，并完成了实验台测控系统的建立工作。蒸发压力最高达2.5MPa，低温热源下理论发电功率可达3kW，中温热源下理论发电功率可达10kW，适合于多种工质进行实验。关键词：中低温余热利用；热力特性；热经济性指标；性能优化；实验系统I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsamethodtorecyclethewasteheat,OrganicRankingCycle(ORC)can

7、improvetheenergyefficiencyandoptimizingenergyconsumptionstructurewhichhasadvantagesofsimplestructure,highefficiency,lowinvestmentandenvironmentfriendly.ThispaperinvestigatestheperformanceoftheORCforrecoverymiddle-lowtemperatureheatthrou