有机朗肯循环冷凝系统的改进性研究

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1、天津大学硕士学位论文有机朗肯循环冷凝系统的改进性研究ImprovementResearchofCondensingSysteminOrganicRankineCycle学科专业：动力工程研究生：张家琪指导教师：张伟副教授企业导师：田军高级工程师天津大学机械工程学院二零一七年十二月摘要目前，节能减排成为了国家扶持发展的重点对象，而有机朗肯循环(ORC)便是其中的热点之一。冷凝设备为中低温ORC发电系统中重要的一部分，可为ORC系统的汽轮机提供较低的出口压力，从而提高系统的发电量。本文利用EngineeringEquationSolver(EES)建立了采用不同冷却塔的ORC

2、发电系统模型：1、建立采用开式冷却塔的ORC发电系统(OCT-ORC)模型并通过500kW示范工程进行验证；2、由于在开式冷却塔中冷却水质量流量过大、冷却水泵能耗过高，本文建立了采用闭合湿式冷却塔(CWCT)代替开式冷却塔的ORC发电系统(CWCT-ORC)模型。本文采用R123、R227ea、R245fa、R600和R600a五种有机工质，利用上述模型，研究了换热器压降、热源温度以及蒸发冷凝温度等对两系统性能的影响。通过研究发现在两种冷凝方式的系统中，采用R227ea的系统净发电量和净发电效率最高，采用R123的系统净发电量和净发电效率最低。工质在换热器的压降和散热损失

3、对系统性能均有影响，工质在冷凝器的压降对系统的影响远远大于工质在蒸发器的压降的影响。并且压降对系统的影响随着系统运行工况的变化而变化。随着热源温度以及蒸发温度的升高，工质在换热器的压降对系统性能的影响逐渐降低，但随着冷凝温度的升高，工质在换热器的压降对系统性能的影响逐渐升高。在对两系统的对比中发现，当工质在CWCT的压降在0.06-0.1MPa之间变化时，仅采用R227ea的CWCT-ORC系统在该压降范围内的净发电量和净发电效率都高于OCT-ORC系统。采用其余工质的CWCT-ORC系统在不同的压降范围内，其净发电量和净发电效率才高于OCT-ORC系统。此外，当工质在C

4、WCT的压降为0.06MPa时，随着热源温度的升高，采用R123工质的系统，两系统净发电量和净发电效率之差随着热源温度的升高而降低；而采用其余四种工质的系统，两系统净发电量和净发电效率之差随着热源温度的升高先降低后升高。对于五种工质来说，CWCT-ORC系统对冷却水泵能耗的降低百分比均在80%左右。在CWCT-ORC系统中，对于不同季节的空气参数，在冬季CWCT的冷却效果最好，春秋季次之，夏季最差。其中，春秋季系统的冷却水泵和风机能耗比夏季的少了43.4%；冬季系统的冷却水泵和风机能耗比春秋季少了21.6%。综上所示，采用CWCT可以有效的降低ORC发电系统的冷却水泵能耗

5、，对于每一种工质都存在一个CWCT的设计压降使CWCT-ORC系统的性能优于OCT-ORC系统。关键词：有机朗肯循环，闭合湿式冷却塔，压降，净发电量，净发电效率IABSTRACTAtpresent,energy-savingandemissionreductionhavebecomethekeytargetofnationalsupportanddevelopment,andorganicRankinecycle(ORC)isoneofthehotspots.Condensingequipmenthasbecomeanimportantpartofthelow-tempe

6、ratureORCpowergenerationsystembecauseitcanprovidealoweroutletpressureforthesteamturbineandincreasethepowergenerationofthesystem.Inthepresentstudy,twoORCmodelsofdifferentcoolingtowersareestablishedbyEngineeringEquationSolver(EES):Inthefirstmodel,thepredictedperformanceoftheopeningcoolingto

7、wer(OCT)forORCsystemsisstudiedandcomparedwiththeexperimentalmeasurementfora500kWORCsystem.Inthesecondmodel,becauseofthehighmassflowofthecoolingwaterandhighenergyconsumptionofthecoolingwaterpumpfortheOCT,thepredictedperformanceoftheclosedwetcoolingtower(CWCT)toreplac