低溫?zé)崮馨l(fā)電ORC原理ppt課件.ppt

1、探討了有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)中的一些問題，報(bào)告人：王輝濤教授昆明理工大學(xué)冶金節(jié)能減排教育部工程研究中心，1、Contents，2、節(jié)能減排是緩和能源及環(huán)境危機(jī)的重要措施，佚熱在300以下的巨大中低溫佚熱研究中的低溫?zé)崮芨咝Оl(fā)電技術(shù)意義重大。 研究背景，3，中低溫?zé)崮馨l(fā)電兩個主要熱循環(huán)水蒸汽朗肯循環(huán)有機(jī)朗肯循環(huán)orc系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、效率高、縮小渦輪尺寸、簡化蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)、安裝機(jī)容量小在數(shù)kW-1萬kW的范圍內(nèi)是高效率的。在寒冷地區(qū)的冬天，可以最大限度地利用冷熱端的溫度差進(jìn)行高效運(yùn)轉(zhuǎn)，使系統(tǒng)內(nèi)的各點(diǎn)的壓力比外界氣壓高或接近，可以防止空氣泄漏，實(shí)現(xiàn)全自動無人運(yùn)轉(zhuǎn)。 提高了研究背景、4、Cont

2、ents、5、有機(jī)工質(zhì)蒸汽發(fā)生器、工質(zhì)加壓泵、(1)單級ORC循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)原理、低溫馀熱發(fā)電ORC系統(tǒng)原理圖、6、無排汽回?zé)岽胧┑腛RC循環(huán)有機(jī)朗肯循環(huán)的性能： 對于室外空氣溫度低于0的寒冷地區(qū)，在需要采用空冷方式的外氣的干球和濕球的溫度差大的地區(qū)，在希望采用水冷方式的外氣的干球和濕球的溫度差大的干燥枯水地區(qū)，可以采用異形高效傳熱管的蒸發(fā)式冷卻方式。 水冷冷端、空冷冷端、蒸發(fā)式冷凝冷端、有機(jī)朗肯循環(huán)原理、8、熱源溫度在200以上時，采用多級重疊機(jī)朗肯循環(huán)可獲得高效率：多級重疊機(jī)朗肯循環(huán)的頂部循環(huán)使用沸點(diǎn)高的有機(jī)工質(zhì)，多級重疊機(jī)朗肯循環(huán)的底部利用頂循環(huán)透平廢氣進(jìn)行制冷和供暖，可以用一套裝置

3、實(shí)現(xiàn)冷熱電車的供給，實(shí)現(xiàn)中低溫?zé)崮艿姆植嚼?。二級ORC冷熱電供給、有機(jī)朗肯循環(huán)原理、(二)多級ORC及冷熱電供給系統(tǒng)、9、有機(jī)朗肯循環(huán)原理、聚焦太陽能發(fā)電二級重疊ORC系統(tǒng)為例，將Therminol VP-I導(dǎo)熱油作為中間流體使用時， 利用頂循環(huán)透平廢氣進(jìn)行制冷和供暖，可以用一套裝置實(shí)現(xiàn)冷熱電車的供給，實(shí)現(xiàn)中低溫?zé)崮艿姆植嚼谩?10、Contents、11、1 )工質(zhì)選擇的注意事項(xiàng)，環(huán)境保護(hù)性能盡量破壞和溫室效應(yīng)低的工質(zhì)，例如HFC類、HC類、FC類烴物或其鹵化化化學(xué)穩(wěn)定性。 循環(huán)熱殘奧表應(yīng)控制在工程上不發(fā)生熱分解的范圍內(nèi)。 工程安全性。 包括毒性、易燃易爆性、對設(shè)備管道的腐蝕性等。 但是

4、，必須辯證地處理工程的可燃性。 適當(dāng)?shù)呐R界殘奧表，標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)及凝固溫度。 熱源溫度高時，盡量選擇臨界溫度高的工學(xué)。 滿意： pe，max=0.005MPa，循環(huán)工質(zhì)選擇和物性研究，液態(tài)和氣體密度大。 減少運(yùn)輸泵的工作，減少管道和設(shè)備的尺寸。 汽化潛熱大。 HV大、循環(huán)效率高、對有機(jī)工程學(xué)來說HV大的流體接近等熵流體。 12、液體定壓比熱盡可能低。 Cpl越低，飽和液線越接近垂直，工程吸熱過程也接近等熵線，循環(huán)也接近卡諾循環(huán)，容易得到高效率。 循環(huán)工質(zhì)的選擇和物性研究，工質(zhì)的換熱和流動性能。盡量選擇對流換熱系數(shù)高、粘度低、流動阻力小的循環(huán)工程。 價格，成本要求。 循環(huán)工程學(xué)應(yīng)廉價易購。 換熱設(shè)備及

5、管路系統(tǒng)的修訂應(yīng)盡量減少工質(zhì)的充填量。 工質(zhì)的選擇應(yīng)以全面分析系統(tǒng)性能優(yōu)化的原則進(jìn)行，優(yōu)選的工質(zhì)因評價指標(biāo)而異。 一般情況下，在熱源溫度低的情況下，盡量選擇干流體或等熵流體，通過飽和蒸汽進(jìn)入膨脹機(jī)后，每個熱源質(zhì)量流量的輸出為最大。 13、循環(huán)工質(zhì)的選擇和物性研究，同時，增大開發(fā)(1)比較穩(wěn)定的自然工質(zhì)ORC系統(tǒng)。 例如CO2、甲烷、NH3、特別是NH3、甲烷，在傳熱良好、ORC系統(tǒng)壓力不高、熱源溫度高的情況下，能夠采用大的過熱度，能夠得到高效率。 (2)加大混合工質(zhì)ORC系統(tǒng)的開發(fā)。 特別是加大了環(huán)保非共沸工質(zhì)、CO2環(huán)保有機(jī)工質(zhì)非共沸混合系統(tǒng)的熱物性研究。 (3)增加對工程泄漏防治技術(shù)措施的

6、研究，系統(tǒng)設(shè)置糾正應(yīng)在事故和正常維修情況下考慮工程回收措施，研究一些性能優(yōu)良的過渡工程(如HCFC123 )的采集和無害化利用、處理技術(shù)。 14、研究表明，如果選擇合適的構(gòu)成要素，混合體系的構(gòu)成要素?cái)?shù)超過3，則在泡露點(diǎn)間的汽液兩相區(qū)中，混合工質(zhì)的比焓和溫度之間存在線性依賴關(guān)系，能夠?qū)夭顐鳠岵豢赡鎿p失抑制到最小限度。 因此，使用熱性能優(yōu)良的混合工質(zhì)是改善ORC系統(tǒng)的重要措施。 特別是在采用空冷端或冷卻介質(zhì)的進(jìn)出口溫度差大的情況下，使用非共沸混合工質(zhì)在保證必要的傳熱溫度差的條件下，能夠減少溫度差傳熱不可逆損失，使系統(tǒng)得到高效率。 (二)混合工質(zhì)熱性質(zhì)的修正方法、循環(huán)工質(zhì)的選擇和物性研究、15、多

7、元混合工質(zhì)研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)在于工質(zhì)物性的預(yù)測修正算法。 由于多數(shù)有機(jī)工質(zhì)為非極性物質(zhì)，所以本項(xiàng)目研究選擇了通用性好、國際上比較成熟、形式簡單的立方形狀態(tài)方程PR(PENG-ROBINSON )方程，其熱力學(xué)推導(dǎo)殘奧儀(焓、熵、自由能、逸度)均為循環(huán)工程的選擇和物性研究，16、Vander Waals混合規(guī)則，導(dǎo)出的殘奧計(jì)(其中自由能、比熵、比焓用泛函方程修正)，1). 17、混合工質(zhì)的蒸汽液相平衡、歸一化方程， 混合規(guī)則中的二元相互作用系數(shù)kij反映了混合物中兩個分子間的相互作用及非理想作用的特性，作為混合質(zhì)量熱性質(zhì)校正計(jì)算的重要?dú)垔W參數(shù)，一般而言，kij必須從混合質(zhì)量的大量pVTx實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中

8、用適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)函數(shù)和優(yōu)化算法得到，這妨礙了許多混合質(zhì)量的研究因此，二元系采用kij的經(jīng)驗(yàn)式，多元系采用kij差分關(guān)聯(lián)模型。 二元混合工質(zhì)相互作用系數(shù)kij經(jīng)驗(yàn)式、多元(n=3)系kij差分值關(guān)聯(lián)模型，I、j以正常沸點(diǎn)從低到高為排名依據(jù)。 nF是氟原子的個數(shù)。 根據(jù)國際上公布的pVTx實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的混合系蒸汽液相平衡(VLE )的修正結(jié)果，該預(yù)測方法具體顯示了較高的精度，提高了PR方程的估計(jì)能力，確保了ORC循環(huán)性能預(yù)測的可靠性。、循環(huán)工程的選擇和物性研究、18、Contents、19、(1)螺旋式膨脹機(jī)(Screw expander )、膨脹設(shè)備的選擇、開式膨脹機(jī)外形膨脹設(shè)備的選擇、螺旋壓縮機(jī)的動作

9、圖像、22、膨脹設(shè)備的選擇、螺旋其結(jié)構(gòu)與螺旋壓縮機(jī)完全一致，只是旋轉(zhuǎn)方向不同。 容積式膨脹機(jī)械(活塞、渦輪、螺桿)，不需要噴嘴、動葉片，機(jī)組動力性能受氣壓特性的影響小，機(jī)內(nèi)流速低，無侑速損失，設(shè)置修訂制造比較簡單，成本低，低溫下的效率可能比渦輪機(jī)高轉(zhuǎn)速低，可與通常的兩極(3000rpm)-4極(1500rpm )發(fā)電機(jī)直接連接，傳動效率高。 由于氣體流速低，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低，膨脹機(jī)入口濕蒸汽，甚至是液態(tài)工程，避免排氣過熱，應(yīng)對工況(殘奧表和負(fù)荷)變化的能力強(qiáng)。 膨脹設(shè)備的選擇，1螺桿膨脹機(jī)，24、螺桿直徑50-630mm，1機(jī)組的容量適用10-1500kW (國內(nèi)應(yīng)用1000kW的水蒸氣螺桿膨脹機(jī))

10、，膨脹機(jī)進(jìn)出口壓差控制=1.5-2MPa，溫度工程體積膨脹比大于5時，適用雙螺桿膨脹或其他類型的膨脹機(jī)。 螺桿機(jī)除了軸承、密封件以外沒有磨損零件，螺桿轉(zhuǎn)速不高，機(jī)組壽命長，維護(hù)費(fèi)用低，安全可靠性高。 螺桿膨脹機(jī)允許與單機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行，扭矩大，可直接拖動風(fēng)扇、水泵或壓縮機(jī)，使發(fā)電機(jī)工作發(fā)電時能承受較大的沖擊負(fù)荷。 間隙密封，可向工作室噴油，密封性能好。 采用易燃爆炸工程時，系統(tǒng)內(nèi)壓力應(yīng)高于外界環(huán)境壓力。膨脹設(shè)備的選擇、25、膨脹設(shè)備的選擇、噴射潤滑(密封)螺桿膨脹機(jī)、26、單級向心透平與單級軸流透平相比，(1)級的佟速損失和葉輪中的流動損失比較小，在能夠得到高的輪周效率的小流量的情況下更顯著地出現(xiàn)，

11、 大多數(shù)小流量的透平采用向心式(2)向心透平對其動葉片的氣壓性能要求低，即使葉片幾何形狀加工不正確或表面不光滑，透平效率也不怎么受影響(3)向心透過利用可調(diào)整的導(dǎo)葉實(shí)現(xiàn)透過水平的流量調(diào)整，寬廣、膨脹設(shè)備的選擇、29、膨脹設(shè)備的選擇、(4)向心滲透水平主要應(yīng)用于功率較小的范圍，為86%； 日本報(bào)告的90。 (8)但是，由于小電力的向心渦輪的軸效率多為低，所以電力一般設(shè)為=25kW。 高壓比、小流量的向心透過水平一般為70-75%的水平。 30、(三)軸流透過水平、膨脹設(shè)備的選擇、31、大容量下，軸流透過水平的效率比其它類型膨脹機(jī)高。 為了避免噴嘴超音速造成的損失，一般將單級壓力比控制在4-6。

12、在軸流透過水平內(nèi)的工學(xué)的體積膨脹比小于50的情況下，單級能夠得到80%以上的等熵效率，在膨脹比超過50的情況下，采用多級軸流透過水平。(4)渦旋膨脹機(jī)(Scroll Expander )，膨脹設(shè)備的選擇，軸工作范圍：1-10kW，33國際上對水沸騰和冷凝相變傳熱的研究比較成熟，但對許多有機(jī)工質(zhì)的相變熱交換研究比較少我們建立了有機(jī)工質(zhì)管內(nèi)流動沸騰(冷凝)換熱實(shí)驗(yàn)臺，完成了R245fa、R134a、R123的相變換熱實(shí)驗(yàn)研究。 (1)傳熱機(jī)理的研究、有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化、有機(jī)工質(zhì)傳熱實(shí)驗(yàn)臺、試驗(yàn)段測定點(diǎn)配置、36、蒸發(fā)溫度50時的管內(nèi)平均熱交換系數(shù)的含有率與質(zhì)量流速的變化、蒸發(fā)溫度60時的管內(nèi)平

13、均熱交換系數(shù)流動沸騰熱交換系數(shù)與Liu Winterton式的修正值的誤差進(jìn)行實(shí)測； 實(shí)測流動沸騰熱交換系數(shù)和Shah式的修正值的誤差，實(shí)測有機(jī)工質(zhì)的傳熱和其強(qiáng)化，37、有機(jī)流體的傳熱為了確保透過平進(jìn)氣是干飽和蒸汽，采用管殼式蒸汽發(fā)生器，導(dǎo)熱油(或其他熱流體)在管內(nèi)行駛為了強(qiáng)化在有機(jī)工質(zhì)的殼程中的池沸騰傳熱，圖像形成裝置開發(fā)了三維翅片GY管，翅片的外觀呈龍鱗形狀。 (二)開發(fā)強(qiáng)化傳熱技術(shù)、有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化、三維散熱片GY管、38、對比常壓下光滑管和GY強(qiáng)化加熱管外R123池的初步分析，其強(qiáng)化的主要機(jī)理是(1) 外翅片和壁面的23夾角空間的液體形成薄的液膜沸騰，液膜表面對氣泡的生長、脫離產(chǎn)

14、生抑制作用，加強(qiáng)泡底微膜的熱傳導(dǎo)和蒸發(fā)，強(qiáng)化沸騰(2)根據(jù)場協(xié)同理論，由于管外壁凹槽前后的速度場和溫度梯度場之間的夾角小，協(xié)同度變得更好， 管外沸騰熱交換得到強(qiáng)化有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化，(3)增加龍鱗狀的三維外肋管表面、沸騰熱交換面積，增加多個微小凹槽和肋脊表面，相應(yīng)地增加氣化核心點(diǎn)，增加液膜沸騰時在壁表面產(chǎn)生的氣泡數(shù)量。 隨著熱流密度的增大，氣泡的增長脫離壁面的速度加快，液體回流沖洗壁面也加快，液體與壁面之間的對流熱交換加強(qiáng)。 在大量氣泡上升的途中，向液體的干擾流動加劇，沸騰熱交換被強(qiáng)化。 39、實(shí)驗(yàn)測量，在相同的熱流密度下，GY強(qiáng)化管與光管外的單元沸騰相比，強(qiáng)化倍率為光管的3.65倍左右。 GY管是具有優(yōu)異的管外沸騰熱交換性能的強(qiáng)化管，適合用作低溫?zé)崮馨l(fā)電ORC蒸汽發(fā)生器的傳熱管。 水平光滑的管沸騰熱交換系數(shù)與熱流密度的關(guān)系，GY管沸騰熱交換系數(shù)與熱流密度的關(guān)系，有機(jī)工質(zhì)的傳熱及其強(qiáng)化，40、(3)高效率直接