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单螺杆膨胀机及其有机朗肯循环系统研究

作　者: 刘林顶
导　师: 吴玉庭
学　校: 北京工业大学
专　业: 热能工程
关键词: 单螺杆膨胀机有机朗肯循环系统余热余压利用
分类号: TK115
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

余热余压利用工程是我国节能减排工程的重点之一。目前在我国工业领域中存在大量小规模的余热资源,由于缺乏有效的技术手段而没有得到充分利用,使得总体的能源使用效率偏低。因此,开发新型高效的中低温余热发电系统,对于提高我国能源利用率,改善我国余热资源利用技术缺乏的现状具有重要的意义。本课题根据中低温余热资源的特点,提出了用单螺杆膨胀机和有机朗肯循环相结合的发电系统来解决余热资源的高效利用问题。本文首先设计并搭建了单螺杆膨胀机基本性能测试实验台,以压缩空气为动力源对单螺杆膨胀机进行了基本性能的试验研究,得到了单螺杆膨胀机的全负荷特性曲线、不同阀门开度下的性能曲线以及湿度和背压对膨胀机性能的影响曲线。试验结果表明:单螺杆膨胀机运行平稳、噪音低,运行过程中功率输出特性较好、温降明显,膨胀机的最大输出功可达5kW,温降最大为63℃;样机的效率并不是很理想,膨胀机还存在着很多不完善的地方,尤其是机械损失过大。其中,机械效率最高达到了95%,等熵效率最高为59%,总效率最大可以达到35%。综合看来,样机基本上达到了设计的初步要求,同时也存在着很大的改进余地。此外,本文针对以400℃烟气为热源的有机朗肯循环系统,提出确定系统各主要参数的方法,对R134a和R245fa两种工质,利用Matlab进行了计算。比较了两种工质在此热源条件下的优劣以及过热度对有机朗肯循环系统的影响。通过对以烟气为热源的有机朗肯循环系统的计算表明,对于R134a和R245fa两种工质,过热对增加热力系统输出功没有太大意义。综合比较来看,R134a在低温段的性能要好于R245fa,而R245fa在高温段的性能更优。最后,本文还在对膨胀机基本性能测试的基础上,设计并搭建了单螺杆膨胀机的有机朗肯循环发电系统。同时,创新性的设计和分析了单螺杆膨胀机有机朗肯循环发电系统在低温余热动力回收方面的应用案例,为中低温余热利用领域开辟了思路。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
物理量名称及符号表  7-11
第1章绪论  11-19
  1.1 课题背景和意义  11-14
    1.1.1 余压余热资源的回收发电尚缺乏有效的技术  11
    1.1.2 有机朗肯循环在低温发电系统应用中的优越性  11-12
    1.1.3 单螺杆膨胀动力机在低温发电动力设备中的先进性  12-14
    1.1.4 本选题的研究意义  14
  1.2 国内外研究水平及现状  14-17
    1.2.1 螺杆膨胀机技术国内外发展概况及现状  14-16
    1.2.2 有机朗肯循环余热发电系统国内外研究现状  16-17
  1.3 本课题的研究内容和目标  17-19
    1.3.1 研究内容  17-18
    1.3.2 研究目标  18-19
第2章单螺杆膨胀机基本性能测试  19-43
  2.1 试验系统概况  19-24
    2.1.1 试验系统简介  19
    2.1.2 试验方法及目的  19-20
    2.1.3 实验系统主要设备参数和性能  20-22
    2.1.4 实验测量系统及性能  22-24
  2.2 实验系统的搭建  24-25
    2.2.1 试验平台布置  24
    2.2.2 连轴器的选择和安装  24
    2.2.3 阀门的选择和安装  24
    2.2.4 管路连接和设备的安装  24-25
  2.3 实验操作步骤  25-28
    2.3.1 实验前准备  25-26
    2.3.2 实验中  26-28
    2.3.3 实验结束后  28
    2.3.4 实验的重点及难点  28
  2.4 试验结果及分析  28-38
    2.4.1 试验结果的整理  28-30
    2.4.2 试验结果的分析  30-38
  2.5 实验误差分析  38-40
  2.6 本章小结  40-43
第3章单螺杆膨胀机有机朗肯循环系统计算  43-57
  3.1 单螺杆膨胀机有机朗肯循环系统原理  43-44
  3.2 循环系统分析和计算  44-49
    3.2.1 系统循环工质的选择  44
    3.2.2 系统各主要参数的确定  44-49
  3.3 系统的模拟计算及优化  49-51
  3.4 计算结果分析  51-56
    3.4.1 采用R134a为工质的计算结果分析  51-53
    3.4.2 采用R245fa为工质的计算结果分析  53-55
    3.4.3 两种工质的比较  55-56
  3.5 本章小结  56-57
第4章单螺杆膨胀机有机朗肯循环试验系统搭建  57-75
  4.1 试验系统设计  57-60
    4.1.1 试验系统介绍  57-58
    4.1.2 试验系统计算  58-60
  4.2 试验主要设备选型  60-70
    4.2.1 测功系统  60-64
    4.2.2 导热油加热罐选型设计  64-65
    4.2.3 换热器选型设计  65-68
    4.2.4 工质循环泵  68-70
    4.2.5 导热油循环泵  70
    4.2.6 储液罐  70
  4.3 试验测量装置及性能  70-72
    4.3.1 流量测量  70-71
    4.3.2 温度测量  71-72
    4.3.3 其他参数的测量  72
  4.4 试验台的搭建  72-73
    4.4.1 阀门的选择  72-73
    4.4.2 管路和换热器的保温及防腐  73
  4.5 本章小结  73-75
第5章低温发电项目案例分析  75-81
  5.1 背景介绍  75
  5.2 系统方案  75-79
    5.2.1 已知参数  75
    5.2.2 计算依据  75-76
    5.2.3 技术方案  76-77
    5.2.4 系统流程  77-78
    5.2.5 设备选型  78-79
  5.3 效益分析  79-80
  5.4 本章小结  80-81
结论及展望  81-82
参考文献  82-85
攻读硕士期间所发表的学术论文  85-86
致谢  86

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