论文部分内容阅读
在低品位能源利用技术中,有机朗肯循环(ORC)发电技术具有热效率高、设备简单、环境友好等特点,得到了各国研究者的普遍重视。由于循环工质物性对循环性能具有重要影响,因此工质筛选成为ORC研究中最重要的方向之一。与亚临界循环相比,超临界循环中工质无等温沸腾段,能够取得与热源更优的温度匹配,有效提高循环热效率。超临界循环工质筛选的研究中,存在三个关键科学问题：系统与热源的耦合、运行参数对系统性能的影响、工质物性的循环影响机理。本文围绕超临界有机朗肯循环工质筛选,首先提出一种系统与热源耦合的热力学计算新方法,即给定热源的进口温度、出口温度及质量流量,在窄点约束下对工质循环性能进行计算分析。新方法采用Fortran语言编程寻优并调用物性软件Refprop9.0进行求解。其次,针对进口温度423.15K,出口温度343.15K的低温烟气热源,选取三种典型工质R218、R134a、R236fa,计算分析临界温度对循环性能的影响。提出了三种运行模式：(1)低临界温度工质的灵活运行模式,即运行压力与温度为一矩形域；(2)中等临界温度工质的分歧运行模式,即两个运行压力与某一运行温度相对应；(3)高临界温度的受限运行模式,即仅有一个运行压力与某一运行温度相对应。提出了能够量化蒸发器内热源流体与有机工质流体温度匹配程度的平均积分温差。高临界温度工质的蒸发器平均积分温差较小,因此(?)效率较高,循环性能好。而低临界温度工质蒸发器内平均积分温差大,循环性能较差。最后,基于临界温度对循环性能的讨论,在给定热源下,选取高临界温度候选工质进行工质筛选。通过比较循环热效率、(?)效率及单位质量净输出功,并综合工质的毒性、可燃性、环保性,发现在热源温度为423.15K的超临界循环中,R134a为优选工质。R1234ze循环性能次之,但具有优良的环保特性,建议应用于环保要求较高的场所。本文核心创新点在于在国际上最早明确了给定热源温度下基于工质临界温度的筛选准则,为超临界ORC循环及工质筛选提供了有价值的设计及运行依据,主要工作发表在Energy上。