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低温地热发电ORC工质与系统经济性优化研究

作　者: 储静娴
导　师: 王怀信
学　校: 天津大学
专　业: 工程热物理
关键词: 低温地热发电 ORC工质理论循环性能目标函数系统经济性优化
分类号: TM616
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 153次
引　用: 3次
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内容摘要

开展低温地热发电ORC技术研究,将极大地促进数量庞大的低温地热能资源的开发利用,大幅减小发电用化石燃料消耗及相应的温室气体、大气污染物的排放,为可持续发展提供重要能源支持,带来巨大的社会效益与经济效益。低温地热发电ORC技术研究应以取得高的系统经济性为研究目标,工质及循环参数的优化选择是改善系统性能、技术经济性的一个重要方面。考虑到低温地热资源的温度范围为70-100oC,本文在蒸发温度60-90oC范围内,对35种纯质及12种混合工质的理论循环性能进行评价,筛选出了20种(13种纯质和7种混合工质)综合理论循环性能较优的低温地热发电ORC系统的适用工质。本文根据地热资源的利用特点,提出以系统的单位净输出功率要求的传热面积(APR),以及系统的单位净输出功率对应的汽轮机中工质的体积流量(VPR)为系统经济性优化目标函数。在指定相同的热源条件(地热水的进口温度、流量)、冷源条件(冷却水的进口温度),相同的冷凝温度下,采用窄点分析方法,以APR和VPR为目标函数,并参考工质的净输出功率和膨胀比的变化情况,对理论循环性能较优、样品可得的10种纯质和3种混合工质,进行系统经济性优化计算,寻找工质的最优蒸发温度工况;并对各种工质在其最优工况下的系统经济性进行对比评价。研究结果表明,所考察工质的目标函数APR和VPR均随蒸发温度的升高单调递减;纯质R152a、R245ca、R245fa和R600,以及混合工质M12,适用于低温地热发电ORC系统。本文以R245fa为例,讨论对比低温地热发电与中温地热发电ORC系统的经济性。对低温地热发电ORC系统的应用进行初步探索,提供了以R152a为工质的系统主要部件(汽轮机、蒸发器、冷凝器、水泵及工质泵)的设计选型相关参数。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 低温地热发电技术的研究背景  8-10
  1.2 低温地热发电ORC技术的研究现状  10-11
  1.3 低温地热发电ORC技术的工程实例  11-12
  1.4 低温地热发电ORC技术有待研究的问题  12
  1.5 本文主要研究内容  12-13
第二章低温地热发电ORC系统适用工质的理论循环性能研究  13-31
  2.1 低温地热发电ORC系统简介  13-15
  2.2 低温地热发电ORC系统工质的筛选原则  15
  2.3 计算方法  15-18
  2.4 纯质的计算结果与讨论  18-26
  2.5 混合工质的计算结果与讨论  26-30
  2.6 小结  30-31
第三章低温地热发电ORC系统经济性优化目标函数的提出  31-34
  3.1 已有的ORC系统优化目标函数  31
  3.2 本文系统经济性优化目标函数的提出  31-33
  3.3 小结  33-34
第四章低温地热发电ORC系统经济性优化研究  34-61
  4.1 系统经济性优化方法  34-39
  4.2 纯质及其循环参数优化计算  39-51
  4.3 混合工质及其循环参数优化计算  51-58
  4.4 与中温地热发电ORC系统经济性的比较  58-60
  4.5 小结  60-61
第五章低温地热发电ORC系统应用的初步探索  61-64
  5.1 汽轮机的选型设计参数  61-62
  5.2 蒸发器和冷凝器的选型设计参数  62-63
  5.3 水泵与工质泵的选型设计参数  63
  5.4 小结  63-64
第六章结论与建议  64-66
  6.1 结论  64-65
  6.2 建议  65-66
参考文献  66-69
符号表  69-70
致谢  70

低温地热发电ORC工质与系统经济性优化研究

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