热能与动力工程 开题报告.doc

辽宁工程技术大学本科毕业设计（论文）开题报告题 目 原位热采油页岩油气低温发电实验系统设计指 导 教 师 院（系、部） 机械工程学院 专 业 班 级 热能与动力工程 学 号 姓 名 日 期 一、 选题的目的、意义和研究现状随着煤炭、石油、天然气等常规资源的日益减少，世界面临能源短缺问题。我国油页岩资源丰富，具备补充替代常规油气资源的潜力。目前国内普遍采用传统的地面干馏油页岩技术，该技术虽然技术成熟，但是存在利用率低，高污染、规模小、成本高、干馏炉产生的废渣数量大、占用面积大、不易回收利用等缺点。为此，世界各国积极探索地下油页岩原位开采技术。在这一领域，我国学者赵阳升、章梦涛积极探索原位气体加热热解开采油页岩油气，赵阳升于2005年提出对流加热开采油页岩油气，申报并获得了发明专利。该技术从经济角度分析在目前的注热介质中，水蒸气较其它热介质最为廉价且易获得；从技术角度上看，石油部门在油气开采过程中，已广泛使用注蒸汽开采稠油技术，如胜利油田、辽河油田等，目前注热设备成熟且先进。尽管水蒸气是被认为是最好的热介质，但是由于原位热解油页岩油气所需温度较高，一般为350500，这样在热解过程中主要为水蒸气高品位的显热热量，而水在汽化过程中吸收的大量的低品位的汽化潜热由于温度较低并不起到热解作用而被白白浪费。由于这一部分热量的消耗，使得原位注蒸汽开采油页岩油气这一先进技术在经济上毫无优势。为了使对流加热开采油页岩技术在经济性更为合理，必须对这一部分低温热能进行利用。低温余热发电是能源再生和和环境保护的重要举措之一，现在已在钢铁、水泥和石油化工等工业领域的研究和应用取得较大的成绩，但大多数余热发电以水为工质，不仅造价高，而且难以将200以下的低温余热用于发电。因此，利用低沸点工质进行回收余热发电，既降低企业成本，提高效率，又环保。选题的目的：通过毕业设计，旨在研究利用原位注蒸汽开采油页岩油气过程中的低温余热能源进行热力发电。选题的意义：随着能源的紧张和环保意识的不断增强，能源的利用越来越受到重视。对于工业废热的排放，一方面对环境造成了污染，一方面造成了能源的浪费，所以为了社会环境的可持续发展，废热的回收和利用成为发展中国家和发达国家都在研究的热门话题，利用低温发电是解决这一问题的有效方法之一。研究现状：随着能源价格的不断攀升，低品位热源如低温地热能、工业余热、太阳能等已得到越来越多的关注。有统计指出，人类所利用的热能中有50%最终以低品位废热的形式直接排放，利用和回收这一部分热量，能够充分缓解我国的能源问题，同时保护环境。常见的低温热能发电主要应用于太阳能热力发电、工业余热发电、地热发电、生物质能发电等。目前利用低温热能的发电技术主要是基于朗肯循环的热力发电系统，如有机朗肯循环(ORC) 、闪蒸-双工质循环联合发电、Kalina 循环、氨吸收式动力制冷复合循环等。利用低温下能产生高压气体的介质作为工质，吸收低温热源蒸发后产生高压气体去驱动汽轮机发电称为有机工质朗肯循环。由于这种循环系统是采用低温热源去加热有机介质，又称为双工质循环系统，该系统可回收不同温度范围的低温热能；水蒸气扩容闪蒸循环主要用于地热发电，通过将温度较低的地热水降压扩容闪蒸为蒸汽推动汽轮机做功，将扩容闪蒸与双工质循环系统联合发电可有效提高系统热效率；Kalina 循环是以氨水混合物为工质的循环，是一种在理论上热效率优于纯工质有机朗肯循环；氨吸收式动力制冷复合循环是一种新型的复合循环。国内外对于低温热能利用的研究主要开始于20 世纪70 年代石油危机时期。其中，有机介质朗肯循环的研究和应用最为广泛。早在1924 年，有人就开始研究采用二苯醚作为工质的有机介质朗肯循环。到目前为止，全世界已有2000 多套ORC 装置在运行,并且生产出单机容量为14000 kW的ORC 发电机组。二、 研究方案及预期结果主要研究内容：基于朗肯循环的双工质低温发电实验系统。主要解决的问题：系统的工质的选择、确定，主要运行参数的确定，蒸发器、冷凝器、冷却设备及储液罐设计选型，工质泵和清水泵的选择，管道连接布置，以及系统的经济性分析等。相关理论：工程热力学，传热学，流体力学部分相关知识。技术路线：第一步：确定目标发电量；初定朗肯循环示意图；第二步：选择几组工质，根据朗肯循环各状态点，进行热力计算，选择热效率较大并且合适的的工质进行下一步计算；第三步：确定工质流量和余热流量；第四步：进行蒸发器、冷凝器选型计算；第五步：计算冷却参数进行冷却设备的选型设计；第六步：根据工质流量设计计算储液器容量，选择合适的储液器；第七步：进行管道连接布置，计算管道压损；第八步：计算选择工质泵、清水泵；第九步：经济性分析计算；计算后是绘制实验系统图。论文框架：1、目录2、中英文摘要3、绪论4、低温发电技术的现状5、低温发电系统的设计原理、方案介绍6、低温发电系统主要参数计算7、系统主要部件选型设计8、管道连接计算及泵的选择9、经济性分析10、结论11、参考文献12、外文资料译文预期结果：（1）设计出能利用原位热采油页岩油气总产生的废热进行低温发电的实验系统；（2）使用制图软件作出实验系统图；（3）完成设计说明书。（23万字）三、研究进度根据课题的研究现状和资料收集进度，拟对本课题做如下计划: 第一周第四周：毕业实习；第五周：完成毕业实习报告，选题、收集资料，明确研究范围、内容，并完成开题报告； 第六周：系统设计方案，原理介绍； 第七周第十周：工质的选择与确定； 第十一周第十三周：系统主要部件的选型设计；第十四周第十五周：管道连接布置及系统的经济性分析；第十六周：完成系统图绘制；第十七周：整理材料、打印、装订、上交论文，并准备答辩； 第十八周：毕业论文答辩。四、主要参考文献1刘德勋等.世界油页岩原位开采技术进展J .天然气工业，2009，29（5）:128131.2康志勤，赵阳升，杨栋.利用原位电法加热技术开发油页岩的物理原理及数值分析J .石油学报，2008，29(4) :592594.3顾伟，翁一武等，低温热能发电的研究现状和发展趋势J.热能动力工程，2007，22（2）:115119.4吕灿仁,严晋跃,马一太. Kalina 循环的研究和开发及其提高效率分析J .热能动力工程,1991 ,6 (1) :17.5路蛉,严晋跃,马一太等. Kalina 循环放热过程的热力学分析J. 工程热物理学报,1989 ,10 (3) :249251.6TAKAHISA YAMAMOTO ,TOMOHIKO FU2，RUHATA ,NORIO ARAI ,et al. Design and，testing of the Organic Rankine CycleJ. Energy ,2001 ,26(3) :239251.7HUNG TZU CHEN.Waste heat recovery of Organic Rankine Cycle using dry fluidsJ . Energy Conversion and Management, 2001, 42 (5):539 553.8Pang hurting，Wang Mengli，Feng HaixianEngineering thermodynamicsMBeijing：Peoples Education Press，19829A.I.Kalina,前景可望的加里纳循环J.能源工程，1989.1