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《常用有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)熱穩(wěn)定性研究》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、常用有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)熱穩(wěn)定性研究第1章緒論1.1課題研究背景我國地域遼闊，能源儲量較大，尤其是以煤、石油及天然氣為主的化石能源較為充足。但能源消耗量的不斷增加以及能源的過度開發(fā)等原因，使得我國能源問題正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。其中首要的挑戰(zhàn)是我國能源的相對短缺。雖然我國地域遼闊、能源儲量大，但由于人口眾多使得我國人均占有量低于世界人均水平。據(jù)統(tǒng)計，我國人均煤炭占有量近似于世界人均水平的1/2左右，而天然氣和石油人均占有量僅為世界人均水平的6.7%[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人口不斷增長，煤、石油和天然氣等化石能源的消耗量隨之在不斷增長，同時還產(chǎn)生了大量的余熱，其中
2、包括煙氣、蒸汽和熱水等余熱資源。我國大中型企業(yè)的余熱資源利用率約為45%，而世界先進(jìn)企業(yè)的余熱資源利用率可達(dá)90%，所以回收余熱具有巨大的節(jié)能潛力[2]。余熱資源按其熱源溫度范圍可劃分為三類：高溫余熱即熱源溫度高于500°C的余熱，中溫余熱即熱源溫度在200°C～500°C范圍內(nèi)的余熱、低溫余熱即熱源溫度低于200°C的煙氣和低于100°C的液體余熱[3]。余熱資源可通過多種方式回收，總體而言可主要分為兩類即動力回收及熱回收。動力回收為利用余熱產(chǎn)生電能或機(jī)械能，例如水泥廠利用的余熱發(fā)電便是此方法。而熱回收則是對余熱的直接
3、利用，例如燃燒過程產(chǎn)生的余熱可通過此方法回收[4]。目前對于利用熱源溫度在350°C以上余熱資源的汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)已經(jīng)比較成熟，而對于150°C~350°C范圍的熱能利用技術(shù)還不成熟，有著較大的發(fā)展?jié)摿5]。對于高溫余熱可以以水為循環(huán)工質(zhì)驅(qū)動汽輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)來加以回收利用。而中低溫余熱則不能很好的利用，利用有機(jī)朗肯循環(huán)可將這部分余熱轉(zhuǎn)化為機(jī)械能或電能，提高能源的利用率[6]。國內(nèi)外研究表明，與有機(jī)朗肯循環(huán)相比水蒸氣朗肯循環(huán)在利用中低溫余熱時是不經(jīng)濟(jì)的。在中低溫情況下水蒸氣作為一種濕流體，在朗肯循環(huán)的膨脹過程中部分循環(huán)工質(zhì)處于氣液共
4、存態(tài)，無法保證工質(zhì)通過膨脹機(jī)后的干度，進(jìn)而將可能出現(xiàn)水擊現(xiàn)象損壞汽輪機(jī)[7]。而有機(jī)工質(zhì)不但沸點低，易產(chǎn)生高壓蒸汽且其蒸發(fā)潛熱比水小的多，易保證其通過膨脹機(jī)后的干度亦有利于提高余熱回收率。.......1.2有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)ORC系統(tǒng)主要部件包括膨脹機(jī)、冷凝器、工質(zhì)泵及蒸發(fā)器。循環(huán)工質(zhì)在通過蒸發(fā)器后，吸收熱源提供的熱量，形成高溫高壓蒸汽后進(jìn)入膨脹機(jī)做功，做功后的低溫低壓蒸汽進(jìn)入冷凝器中放熱冷凝成液體，冷凝后的液體再通過工質(zhì)泵加壓后進(jìn)入蒸發(fā)器，從而完成一個封閉的循環(huán)。以有機(jī)工質(zhì)替代水作為朗肯循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)工質(zhì)有如下優(yōu)點[9-12]：（1）有機(jī)工質(zhì)凝固點較低，在低
5、溫下仍能冷凝放出能量，即有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)中的冷凝器即使在寒冷環(huán)境中作業(yè)也無需增設(shè)防凍設(shè)施。（2）有機(jī)工質(zhì)基本都是干流體或等熵流體，無需過熱處理過程且能保證其在膨脹機(jī)出口的干度，不會形成液滴，造成系統(tǒng)設(shè)備的水擊損害。（3）有機(jī)工質(zhì)的種類多，可根據(jù)實際情況選擇最為合適的循環(huán)工質(zhì)，有利于提高系統(tǒng)的總體效率。（4）有機(jī)工質(zhì)聲速低，噪聲小。（5）有機(jī)工質(zhì)的沸點低，易產(chǎn)生高壓蒸汽。（6）與水相比，有機(jī)工質(zhì)的蒸發(fā)潛熱小很多，因此干工質(zhì)在以中低溫余熱為熱的情況下，熱回收率亦較高。（7）由于有機(jī)工質(zhì)的特性，所需系統(tǒng)工作壓力低。......第2章ORC工質(zhì)的選擇及其熱穩(wěn)定性分析方
6、法本文選取了13種臭氧破壞潛值小及溫室效應(yīng)潛值低的常用有機(jī)工質(zhì)為本文的研究對象。介紹了其基本物性參數(shù)，建立了研究有機(jī)工質(zhì)熱穩(wěn)定性的理論分析方法，并采用基團(tuán)貢獻(xiàn)法得到了考察工質(zhì)所需的物性參數(shù)。2.1有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)工質(zhì)的選擇有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)能否穩(wěn)定、高效的運(yùn)行主要取決于所選擇的有機(jī)工質(zhì)。理想的ORC工質(zhì)應(yīng)遵從以下幾點：（1）具有良好的環(huán)保性能。即選擇無或低臭氧破壞能力的有機(jī)工質(zhì)和溫室效應(yīng)潛值低的有機(jī)工質(zhì)。（2）具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。有機(jī)工質(zhì)在達(dá)到一定溫度時，必會發(fā)生熱解。分解可能產(chǎn)生易燃易爆的物質(zhì)，或具強(qiáng)腐蝕性的物質(zhì)，會對設(shè)備造成一定的損壞，進(jìn)而影響系統(tǒng)循環(huán)性能
7、的長久性與經(jīng)濟(jì)性。且分解可能會產(chǎn)生有毒氣體，對人體也會造成危害。所以應(yīng)盡量選擇化學(xué)穩(wěn)定性良好的工質(zhì)。（3）具有良好的物性參數(shù)。對于工質(zhì)的凝固溫度，應(yīng)盡量小于ORC過程中的最低循環(huán)溫度。對于工質(zhì)的臨界溫度，應(yīng)保證工質(zhì)的臨界溫度不能過低，以免導(dǎo)致凝結(jié)壓力過大。對于工質(zhì)的氣化潛熱，也應(yīng)該保證有較大的氣化潛熱。（4）具有良好的換熱性和流動性。工質(zhì)選擇中應(yīng)盡量選擇換熱系數(shù)高且粘度系數(shù)低的工質(zhì)，這樣可提高換熱效率和減小流動過程中的損耗，從而可提高系統(tǒng)的發(fā)電效率。（5）價格低，便于購買[45-46]。在實際應(yīng)用中，需要結(jié)合熱源情況，綜合考慮上述因素，以選擇較為合適的工質(zhì)。.
8、.....2.2理論分析方法本章闡述了
