工程熱物理進(jìn)展結(jié)課論文課件

1、工程熱物理進(jìn)展結(jié)課論文 題 目 太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng) 研究現(xiàn)狀與優(yōu)化建議 學(xué) 院 機(jī)電工程學(xué)院 學(xué) 號(hào) ×××× 學(xué)生姓名 × × × 指導(dǎo)老師 × × × 撰寫日期：× × × 年 ×月 ×日摘 要 結(jié)合太陽(yáng)能分散性強(qiáng)、品位低、適合得到中低溫?zé)崮艿奶攸c(diǎn)，有機(jī)朗肯循環(huán)在中低溫領(lǐng)域熱力循環(huán)性能表現(xiàn)優(yōu)越，將0RC與太陽(yáng)能集熱器相結(jié)合，提出太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)。研究工質(zhì)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化，是改善ORC系統(tǒng)性能的

2、關(guān)鍵。本文提出了優(yōu)化該系統(tǒng)的建議：選擇適合的工質(zhì)、采用再熱型循環(huán)、采用抽汽回?zé)嵝脱h(huán)。關(guān)鍵詞： 太陽(yáng)能、有機(jī)朗肯循環(huán)、低溫?zé)岚l(fā)電、研究現(xiàn)狀、優(yōu)化建議The research situation and the optimal suggestions of low-temperature power generation based on solar organic rankine cycleAbstractCombined with the characteristics of solar energy is dispersion, low grade, suitable for low-te

3、mperature heat energy, and organic rankine cycles thermal cycle performance is superior in low temperature field. Combining ORC and solar collector, put forward the low-temperature power generation based on solar organic rankine cycle. Study the influence of the working medium for system performance

4、, optimize the system performance, are the key to improve the ORC system. This paper puts forward some Suggestions of optimize the system: choosing a suitable medium, using the reheating cycle, and using the regenerative extraction cycle.KeyWords: Solar energy；Organic rankine cycle；Low-temperature p

5、ower； Research situation；Optimal suggestions1 引言太陽(yáng)能是可再生的綠色能源，具有普遍性、巨大性、無(wú)害性和長(zhǎng)久性等優(yōu)點(diǎn)，屬于中低溫?zé)嵩?，具有巨大的利用潛力，可謂“用之不竭”的能源。我國(guó)的太陽(yáng)能資源很豐富，年總的輻射量超過(guò)1670kW·h/m21，西北部較荒涼地區(qū)儲(chǔ)量尤其豐富，絕大多數(shù)地區(qū)的年平均日輻射量在4kW·h/m2以上2。全國(guó)可利用太陽(yáng)能的國(guó)土面積占2/3以上3,約有600萬(wàn)平方公里，全年日照時(shí)數(shù)在2200到3300小時(shí)之間。白天，在標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)光照條件下，即大氣質(zhì)量AM是15、溫度是25的條件下，如假定輻射強(qiáng)度是1000 W

6、/m2，發(fā)電效率是10，則整個(gè)地球表面上每年可獲得的太陽(yáng)能發(fā)電量為14×lO5kW·h，大約相當(dāng)于當(dāng)今世界能耗總量的100倍。我國(guó)的大部分地區(qū)位于北緯45°以南，太陽(yáng)能資源十分豐富。全國(guó)2/3的國(guó)土面積年日照的時(shí)間在2300h以上，每平方米的太陽(yáng)能年輻射總量為33408400MJ，陸地表面每年接收的太陽(yáng)輻射能相當(dāng)于17000億t標(biāo)準(zhǔn)煤，而且其分布極為廣泛。大力發(fā)展太陽(yáng)能熱力發(fā)電可為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供潔凈、安全、有效及可持續(xù)的能源供應(yīng)。太陽(yáng)能熱力發(fā)電與光伏發(fā)電技術(shù)相比，具有運(yùn)行效率高、初投資及運(yùn)行成本低的優(yōu)點(diǎn)4，目前，世界上已有十余座萬(wàn)千瓦級(jí)中、高溫太陽(yáng)能熱電站投人運(yùn)

7、行。按照集熱器類型，太陽(yáng)能熱力發(fā)電裝置可分為槽式系統(tǒng)、塔式系統(tǒng)和碟式系統(tǒng)3類4。如美國(guó)與以色列聯(lián)合的LUZ公司于1980年開(kāi)始研制的槽式線聚焦系統(tǒng)，其朗肯循環(huán)的工質(zhì)為水，采用蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了容量為1480 MW系列電力設(shè)備的產(chǎn)品化，該公司于19851991年先后在美國(guó)加洲南部的莫亞夫沙漠中建成9座大型商用槽式拋物面鏡線聚焦太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)，總?cè)萘繛?54 MW，年發(fā)電量為108億kW·h，系統(tǒng)效率為136，建造費(fèi)用為3 0115 976美元/kW，發(fā)電成本為12263美分/kWh；又如美國(guó)于1982年4月在加洲南部Bar-stow附近的沙漠建成“太陽(yáng)一號(hào)”示范

8、性塔式高溫太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)，也是采用蒸汽輪機(jī)發(fā)電模式，其發(fā)電容量為10 MW，該裝置可將系統(tǒng)的運(yùn)行溫度提高至5651049，總的發(fā)電效率可達(dá)到2528；由于碟式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)還可將系統(tǒng)的運(yùn)行溫度提高至7501382，可獲得更高的效率，美國(guó)正在大力研究這類的樣機(jī)。在這些中、高溫太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)中，一般都采用水作為循環(huán)工質(zhì)，由于高溫太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)的要求較高、初投資也較大，近年來(lái)各國(guó)加大了對(duì)小型分散式低溫太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)。20世紀(jì)50年代的后期，以色列國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)制造了用于有機(jī)朗肯循環(huán)的透平，用平板集熱器收集低于100的太陽(yáng)熱水作驅(qū)動(dòng)熱源，構(gòu)成低溫太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)，

9、以色列ORMAT公司將該項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化。低溫太陽(yáng)能熱力發(fā)電系統(tǒng)由于其熱源溫度較低(在150之內(nèi))，如仍然使用水作為循環(huán)工質(zhì)，則透平進(jìn)口壓力太低，會(huì)導(dǎo)致發(fā)電效率很低、透平體積龐大等缺點(diǎn)引，因此其循環(huán)工質(zhì)一般采用低沸點(diǎn)工質(zhì)，尤其是有機(jī)工質(zhì)。循環(huán)工質(zhì)的選擇會(huì)大大影響低溫太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)的性能，因此有必要對(duì)其進(jìn)行研究。太陽(yáng)能使用十分方便，不僅對(duì)環(huán)境和生態(tài)造成破壞，而且具有輻照低、能流密度低等特點(diǎn)，易于轉(zhuǎn)換為低溫?zé)嵩吹葍?yōu)點(diǎn)，與有機(jī)朗肯循環(huán)之間具有潛在的聯(lián)系。將太陽(yáng)能與有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，可以形成基于太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)。2 有機(jī)朗肯循環(huán)由于熱源的溫度低于371時(shí)，以水蒸汽為工質(zhì)的

10、傳統(tǒng)朗肯循環(huán)效率較低，并且系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性下降5。在此背景下，利用有機(jī)工質(zhì)進(jìn)行朗肯循環(huán)引起了越來(lái)越多的關(guān)注，即有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)。自然界有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)是采用低沸點(diǎn)的有機(jī)物代替水作為循環(huán)工質(zhì)的閉式朗肯循環(huán)。由于其可以有效地利用低品位熱能、設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)，同時(shí)不產(chǎn)生有害氣體，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染6，因而其研究與應(yīng)用越來(lái)越受到人們的重視和青睞。2.1有機(jī)朗肯循環(huán)基本情況有機(jī)朗肯循環(huán)與傳統(tǒng)朗肯循環(huán)的最大差異在于循環(huán)工質(zhì)選擇的不同，即用有機(jī)物替代水做工質(zhì)。使用的有機(jī)混合物主要種類有：制冷劑，碳?xì)浠衔?丁烷、戊烷、己烷等等)，硅油，氟氯烴等等。這些有機(jī)物的特點(diǎn)是沸點(diǎn)均比水低，因而可以在傳

11、統(tǒng)的蒸汽朗肯循環(huán)溫度更低的工作熱源下工作,并且有機(jī)工質(zhì)的熱物理性質(zhì)與水有許多不同，因此有機(jī)朗肯循環(huán)與蒸汽朗肯循環(huán)有很多不同點(diǎn)。第一代ORC商業(yè)應(yīng)用出現(xiàn)于上世紀(jì)70年代末和80年代初，這些系統(tǒng)采用地?zé)岷吞?yáng)能作為工作熱源。至今全球已經(jīng)建立了超過(guò)200個(gè)ORC發(fā)電項(xiàng)目，發(fā)電總功率超過(guò)1 800MW，并且這個(gè)數(shù)字增長(zhǎng)速度正在加快。這些電廠大部分用于CHP應(yīng)用和地?zé)釕?yīng)用7。ORC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布局在一些結(jié)構(gòu)上與蒸汽動(dòng)力循環(huán)不同，即沒(méi)有蒸汽汽包連接鍋爐，一個(gè)單程換熱器被用于將工質(zhì)蒸發(fā)的三個(gè)蒸發(fā)狀態(tài)(過(guò)冷，飽和，過(guò)熱)。循環(huán)改進(jìn)方案也較少：再熱和膨脹機(jī)中間抽汽不適用于ORC循環(huán)。但是可以在工質(zhì)泵出口和膨脹機(jī)出

12、口設(shè)置一個(gè)回?zé)崞鲗⒐べ|(zhì)進(jìn)行預(yù)熱。如圖2-1所示8：圖2-1帶有回?zé)崞?右)和不帶有回?zé)崞?左)的ORC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖目前，有機(jī)朗肯循環(huán)可用于回收余熱、廢熱，并且是太陽(yáng)能、地?zé)岬刃履茉蠢玫囊粭l有效途徑，各國(guó)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界正積極投入力量進(jìn)行相關(guān)研發(fā)工作。有機(jī)朗肯循環(huán)熱發(fā)電系統(tǒng)可利用的低品位能包括以下幾種形式9：(1)工業(yè)余熱回收工業(yè)余熱可減少工業(yè)能耗和溫室氣體的排放。大多數(shù)工業(yè)過(guò)程或電廠排放大量的煙氣溫度一般不高于400。(2)地?zé)岬責(zé)岚l(fā)電利用地?zé)嵴羝蛘邿崴鳛闊嵩矗蟛糠值牡責(zé)崴陲柡蜖顟B(tài)附近，溫度在10022010，屬于中溫型地?zé)帷?3)太陽(yáng)能太陽(yáng)能能量密度低，熱源溫度不高，需采用基于集熱技術(shù)

13、的有機(jī)朗肯循環(huán)熱電系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)集熱裝置后，溫度可以達(dá)到30011。第一章緒論(4)生物質(zhì)能生物質(zhì)能也是有機(jī)朗肯循環(huán)的重要驅(qū)動(dòng)源之一。生物質(zhì)能發(fā)電采用有機(jī)朗肯循環(huán)主要是由于在機(jī)組規(guī)模較小時(shí)，有機(jī)工質(zhì)具有更高的膨脹機(jī)效率12。2.2有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)簡(jiǎn)介圖2-2為有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)示意圖13。低壓液態(tài)有機(jī)工質(zhì)(點(diǎn)1)經(jīng)過(guò)循環(huán)泵增壓后(點(diǎn)2)進(jìn)入蒸發(fā)器吸收熱量轉(zhuǎn)變?yōu)楦邷馗邏赫魵?點(diǎn)3)；之后，高溫高壓有機(jī)工質(zhì)蒸氣推動(dòng)膨脹機(jī)做功，產(chǎn)生能量輸出；膨脹機(jī)出口的低壓過(guò)熱蒸氣(點(diǎn)4進(jìn)入冷凝器，向低溫?zé)嵩捶艧岫焕淠秊橐簯B(tài)，如此往復(fù)循環(huán)。圖2-2有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)示意圖近年來(lái)，許多科學(xué)家也致力于有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)的研究，

14、John OEverett14提出了一種可再生的朗肯循環(huán)系統(tǒng)，由于發(fā)電效率和蒸汽蒸發(fā)的平均溫度有關(guān)，蒸汽首先在預(yù)熱爐中加熱。然后，通過(guò)五個(gè)渦輪帶動(dòng)軸產(chǎn)生扭矩，然后，一些蒸汽流入其他四個(gè)分流器后，回流到預(yù)熱器中，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，其發(fā)電效率可以提高40。張穎，楊嘉祥15等自行設(shè)計(jì)組裝了以R11為工質(zhì)的ORC熱力系統(tǒng)模型，并對(duì)模型進(jìn)行了EHD強(qiáng)化冷凝換熱及發(fā)電的實(shí)驗(yàn)研究。ASchuster,SKareilas，EKakaras和HSpliethoff等對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)的應(yīng)用進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)和能源方面的調(diào)查研究，對(duì)模型的效率、產(chǎn)水率和電力生產(chǎn)成本進(jìn)行了分析16。楊智博等對(duì)現(xiàn)行的柴油機(jī)廢氣余熱利用設(shè)備進(jìn)行比較，

15、選擇了R1l為工質(zhì)，計(jì)算了柴油機(jī)廢氣余熱發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)(比焓、熵、工質(zhì)流量、雷諾數(shù)、蒸汽出口速度等)和各主要組件(汽輪發(fā)電機(jī)組、冷凝器、噴管)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算了系統(tǒng)發(fā)出的電量17。Lourdes GarciaRodriguez等人分析了基于有機(jī)朗肯循環(huán)的分布式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)18。Madhawa Hettiarachchi等提出了一種有效的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，以總換熱面積與輸出凈功率的比值作為目標(biāo)函數(shù)，采用陡峭下降法對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化19。Saleht20等使用BACKONE狀態(tài)方程得到31種用于ORC的有機(jī)工質(zhì)物性，在一定的條件下，得到了不同類型的熱效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，現(xiàn)有

16、2000多套ORC裝置在全世界運(yùn)行，并且目前已經(jīng)生產(chǎn)山單機(jī)容量為14000kW的ORC發(fā)電機(jī)組。有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)的研究在當(dāng)今世界有著重要的意義。3 太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)研究現(xiàn)狀 太陽(yáng)能朗肯循環(huán)與其他使用有機(jī)工質(zhì)的朗肯循環(huán)(主要指地?zé)?，工業(yè)余熱利用)相似，根據(jù)循環(huán)的最高溫度不同，大致可以劃分為低溫、中溫和高溫三種類型。但是對(duì)于確切的溫度劃分，不同的學(xué)者之間存在爭(zhēng)論。表3-1給出了幾種不同的劃分范圍。表3-1對(duì)太陽(yáng)能朗肯循環(huán)的不同溫度劃分()21提出學(xué)者及年份：(A)Muffler和Cataldi(1977)(B)Hochstein(1990)(C)Benderitter和C

17、orrny(1990)(D)Haenel(1988) 結(jié)合太陽(yáng)能分散性強(qiáng)、品位低、適合得到中低溫?zé)崮艿奶攸c(diǎn)，有機(jī)朗肯循環(huán)(0RC)在中低溫領(lǐng)域熱力循環(huán)性能表現(xiàn)優(yōu)越，將0RC與太陽(yáng)能集熱器相結(jié)合，提出太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)。3.1系統(tǒng)基本原理 太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)主要包括太陽(yáng)能平板集熱器、膨脹機(jī)、冷凝器、儲(chǔ)液罐、工質(zhì)泵等部分。系統(tǒng)原理如圖3-1所示22。圖3-1太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)原理圖 太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)基本原理：有機(jī)工質(zhì)液體經(jīng)平板集熱器與太陽(yáng)能進(jìn)行換熱，產(chǎn)生飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽流出集熱器，然后進(jìn)入膨脹機(jī)做功，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電

18、能，膨脹出口的乏汽進(jìn)入冷凝器冷凝后變成飽和液體進(jìn)入儲(chǔ)液罐，經(jīng)工質(zhì)泵加壓進(jìn)入平板集熱器，完成一次循環(huán)。循環(huán)流程圖如圖3-2所示22。圖3-2工質(zhì)循環(huán)流程圖12過(guò)程：飽和蒸汽驅(qū)動(dòng)膨脹機(jī)進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，氣態(tài)工質(zhì)在此膨脹工程中因焓降較大、散熱量小，可簡(jiǎn)化為絕熱膨脹過(guò)程；12'為可逆的理想等熵膨脹；23過(guò)程：低壓氣態(tài)工質(zhì)在冷凝器中冷凝為液體，對(duì)外放熱，可簡(jiǎn)化為定壓冷卻過(guò)程；34過(guò)程：有機(jī)工質(zhì)經(jīng)過(guò)泵增壓，進(jìn)入平板集熱器。此時(shí)工質(zhì)溫度與環(huán)境溫度相近，泵向周圍的散熱可忽略不計(jì)，可簡(jiǎn)化為絕熱壓縮過(guò)程；34'為理想可逆的等熵壓縮；41過(guò)程：工質(zhì)在集熱器中加熱，該過(guò)程理想為定壓吸熱過(guò)程。3.2系

19、統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)采用低沸點(diǎn)有機(jī)工質(zhì)，通過(guò)換熱器間壁換熱汽化，產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，推動(dòng)動(dòng)力機(jī)械做功，進(jìn)而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。其優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電量可以隨充入的循環(huán)工質(zhì)種類和流量等進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且單機(jī)發(fā)電量小，整體設(shè)備尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。3.3系統(tǒng)研究現(xiàn)狀近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)工質(zhì)選擇和系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化上進(jìn)行了諸多深入研究。例如：Andersen W C等通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究揭示了有機(jī)物工質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性及其對(duì)ORC經(jīng)濟(jì)性的影響。T.C.Hung23選用苯、甲苯、對(duì)二甲苯、Rll3、R123五種工質(zhì)進(jìn)行有機(jī)朗肯循環(huán)性能分析，表明對(duì)于300左右的高溫?zé)嵩矗瑢?duì)二甲苯的循環(huán)不可逆損失最小，

20、而對(duì)于200左右的低溫?zé)嵩矗琑123和R113的循環(huán)性能更優(yōu)。魏東紅24等從熱力學(xué)第二定律角度分析了以單種工質(zhì)R245fa下各部件的性能，研究了環(huán)境溫度改變對(duì)余熱驅(qū)動(dòng)的有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)性能的影響。羅琪25等研究了低溫余熱驅(qū)動(dòng)的抽汽回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的性能，通過(guò)改變系統(tǒng)的熱力參數(shù)如透平的進(jìn)口壓力和溫度，將抽汽回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)和簡(jiǎn)單的有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)進(jìn)行了熱力特性分析和對(duì)比，指出抽汽回?zé)崾接袡C(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)產(chǎn)生的不可逆損失更少，熱效率更高。這些對(duì)于研究基于太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)有一定的借鑒作用。綜合看來(lái)，太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的性能受循環(huán)工質(zhì)物性、狀態(tài)參數(shù)及換熱設(shè)備的結(jié)

21、構(gòu)參數(shù)等很多因素影響，研究工質(zhì)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化，是改善ORC系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。4 太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化建議4.1選擇適合的工質(zhì)循環(huán)工質(zhì)的特性是影響有機(jī)朗肯循環(huán)系統(tǒng)性能的重要因素之一。魏東紅等 人從熱力學(xué)第二定律角度分析了采用單種工質(zhì)R245fa循環(huán)時(shí)系統(tǒng)各部件的性能；Schuster等對(duì)有機(jī)朗肯循環(huán)的應(yīng)用進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)和能源方面的調(diào)查研究；Lourdes等人分析基于有機(jī)朗肯循環(huán)的分布式太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)；王輝濤等根據(jù)PR狀態(tài)方程計(jì)算和分析了采用11種低沸點(diǎn)有機(jī)流體工質(zhì)的低溫太陽(yáng)能發(fā)電朗肯循環(huán)的熱力性能；Saleh等人提出，在太陽(yáng)能集熱有機(jī)朗肯循環(huán)中，R236ea、R2

22、45ca、R245fa、R600、R600、R601a、RE134和RE245都是值得考慮的有機(jī)工質(zhì)26。隨著人們對(duì)于環(huán)保要求越來(lái)越高，工質(zhì)的可用范圍也不斷更新。因此，選擇合適的有機(jī)工質(zhì)對(duì)提高系統(tǒng)性能和能量利用效率具有非常重要的意義。4.2采用再熱型循環(huán)采用再熱型循環(huán)，雖然成本有略微增加，但系統(tǒng)的熱效率會(huì)有相對(duì)的提高。膨脹機(jī)乏汽不是同基本0RC系統(tǒng)那樣直接冷凝，而是先對(duì)工質(zhì)泵流出的低溫飽和液或過(guò)冷液進(jìn)行預(yù)加熱，然后才送入到冷凝器冷凝。Costante27指出，熱交換器對(duì)于采用分子量較大工質(zhì)的0RC系統(tǒng)而言，是提高循環(huán)效率的關(guān)鍵設(shè)備；PedroJMago28認(rèn)為再熱式0RC系統(tǒng)提高了熱效率，降低

23、了系統(tǒng)的不可逆損失和蒸發(fā)吸熱量。再熱型太陽(yáng)能ORC系統(tǒng)原理如圖4-1所示。圖4-1再熱型原理圖4.3采用抽汽回?zé)嵝脱h(huán) 抽汽回?zé)崾酵ǔ７譃橐患?jí)抽汽和分級(jí)抽汽，在一種或者兩種蒸汽壓力下抽出部分已做過(guò)功的蒸汽，加熱冷凝后的液態(tài)工質(zhì)，熱效率和效率均得到提高。Mago29利用拓?fù)鋵W(xué)的方法分析了采用R113工質(zhì)的普通ORC和回?zé)嵫h(huán)的效率，也同樣得出再熱循環(huán)系統(tǒng)具有更高的熱效率和或效率，并進(jìn)一步指出回?zé)嵫h(huán)提高了工質(zhì)進(jìn)入蒸發(fā)器時(shí)的溫度，使蒸發(fā)器的損失減少了37；MortazaYari30分析了4種0RC系統(tǒng)，分別是基本式、帶IHE的再熱式、回?zé)崾?、帶IHE的回?zé)崾?RC系統(tǒng)，循環(huán)效率均得到不同程度的提高

24、。抽汽回?zé)嵝吞?yáng)能ORC系統(tǒng)原理如圖4-2所示。圖4-2抽汽回?zé)嵝驮韴D5 結(jié)論太陽(yáng)能是可再生的綠色能源，具有普遍性、巨大性、無(wú)害性和長(zhǎng)久性等優(yōu)點(diǎn)，屬于中低溫?zé)嵩?，與有機(jī)朗肯循環(huán)之間具有潛在的聯(lián)系。大力發(fā)展太陽(yáng)能熱力發(fā)電可為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供潔凈、安全、有效及可持續(xù)的能源供應(yīng)。自然界有機(jī)朗肯循環(huán)是采用低沸點(diǎn)的有機(jī)物代替水作為循環(huán)工質(zhì)的閉式朗肯循環(huán)。由于其可以有效地利用低品位熱能、設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、適用性強(qiáng)，同時(shí)不產(chǎn)生有害氣體，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生污染，因而其研究與應(yīng)用越來(lái)越受到人們的重視和青睞。有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電技術(shù)的研究在當(dāng)今世界有著重要的意義。結(jié)合太陽(yáng)能分散性強(qiáng)、品位低、適合得到中低溫?zé)崮艿奶攸c(diǎn)，有

25、機(jī)朗肯循環(huán)在中低溫領(lǐng)域熱力循環(huán)性能表現(xiàn)優(yōu)越，將0RC與太陽(yáng)能集熱器相結(jié)合，提出太陽(yáng)能的有機(jī)朗肯循環(huán)低溫發(fā)電系統(tǒng)。此系統(tǒng)發(fā)電量可以隨充入的循環(huán)工質(zhì)種類和流量等進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且單機(jī)發(fā)電量小，整體設(shè)備尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。然而太陽(yáng)能有機(jī)朗肯循環(huán)低溫?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)的性能受循環(huán)工質(zhì)物性、狀態(tài)參數(shù)及換熱設(shè)備的結(jié)構(gòu)參數(shù)等很多因素影響，研究工質(zhì)對(duì)系統(tǒng)性能的影響，對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行優(yōu)化，是改善ORC系統(tǒng)性能的關(guān)鍵。本文提出了優(yōu)化該系統(tǒng)的建議：選擇適合的工質(zhì)、采用再熱型循環(huán)、采用抽汽回?zé)嵝脱h(huán)。參考文獻(xiàn)1 潘垣，辜承林，周理兵.太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電及其對(duì)我國(guó)能源與環(huán)境的深遠(yuǎn)影響J世界科技研究與發(fā)展，2003，25(4)：

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