有机工质朗肯循环的热力性能分析和关键部件研制

论文摘要

在世界常规能源日趋紧张的今天,太阳能是具有光明前途的可再生能源,最有希望在未来取代化石能源。“太阳能热发电技术”最近20年期间内得到较大规模的发展,世界范围内建造了很多兆瓦级的大规模电站,这些电站的热源温度高、规模大、系统复杂,都属于太阳能中高温热发电系统。这类系统普遍采用传统的水蒸汽朗肯循环。根据水蒸气的热力学特性,系统的高效运行要求热源温度一般在370℃以上。为获得适合的高温热源,须采用大面积、高聚焦比、复杂跟踪的聚焦集热方式,集热系统的控制繁琐、安装和运行维护复杂,造价昂贵。太阳能具有分散性强、能流密度低的特点;有机工质具有低沸点、高压力的特性。将小规模、低聚焦比的太阳能聚焦装置和有机朗肯循环(Organic Rankine Cycle)系统有机结合,组成太阳能ORC热发电系统,可利用低温热源,得到较高的蒸汽压力,推动膨胀机做功。研究表明ORC是利用低温热源的可靠有效途径。本文介绍了特制的适用于ORC的小型高转速涡轮。该涡轮为径轴流式,具有单级膨胀比高(焓降大)、工艺性好、结构简单、紧凑、重量轻以及效率高等特点。通过压缩空气为工质,对该涡轮的性能进行验证。该涡轮具有较好的功率输出特性以及温降特性:在50000转/分的工况下,效率达0.42,能够满足ORC系统的要求。搭建以R123为工质的ORC实验平台,研究分析ORC的热力性能。对ORC进行热力分析和　分析,得出工质蒸发压力和涡轮入口处的工质温度对循环性能有着重要影响。同时分析了在ORC中加入回热能有效改善循环效率,提高循环　效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 世界能源概况
• 1.2 我国的太阳能资源分布及其利用状况
• 1.2.1 太阳能资源分布
• 1.2.2 我国的太阳能资源分布
• 1.2.2 目前太阳能利用现状
• 1.2.3 太阳能热利用
• 1.3 论文主要工作
• 1.4 本章小结
• 第2章 有机朗肯循环介绍及其原理
• 2.1 ORC 原理
• 2.2 应用于有机朗肯循环的工质选择及其特性
• 2.3 有机工质的分类
• 2.4 有机朗肯循环主要部件的介绍：膨胀机
• 2.5 带回热的有机朗肯循环
• 2.6 本章小结
• 第3章 有机朗肯循环实验平台及涡轮的测试
• 3.1 太阳能有机朗肯循环发电系统
• 3.2 ORC 实验平台
• 3.3 涡轮与性能测试平台简介
• 3.4 测试实验结果分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 ORC 系统的热力分析
• 4.1 ORC 的主要过程及分析
• 4.2 普通ORC 过程分析
• 4.2.1 过程1—2 工质泵
• 4.2.2 过程2—3 蒸换热发器
• 4.2.3 过程3—4 涡轮
• 4.2.4 过程4—1 冷凝换热器
• 4.2.5 循环效率及分析
• 4.3 回热 ORC 分析
• 4.3.1 回热器分析
• 4.3.2 工质泵
• 4.3.3 蒸发换热器
• 4.3.4 涡轮
• 4.3.5 冷凝器
• 4.3.6 循环的总体分析
• 4.4 计算及分析
• 4.5 本章总结
• 参考文献
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
• 致谢