低温热能发电ORC原理ppt课件.ppt

1、探讨了有机朗肯循环技术中的一些问题，报告人：王辉涛教授昆明理工大学冶金节能减排教育部工程研究中心，1、Contents，2、节能减排是缓和能源及环境危机的重要措施，佚热在300以下的巨大中低温佚热研究中的低温热能高效发电技术意义重大。 研究背景，3，中低温热能发电两个主要热循环水蒸汽朗肯循环有机朗肯循环orc系统的主要优点：结构简单、效率高、缩小涡轮尺寸、简化蒸汽发生器结构、安装机容量小在数kW-1万kW的范围内是高效率的。在寒冷地区的冬天，可以最大限度地利用冷热端的温度差进行高效运转，使系统内的各点的压力比外界气压高或接近，可以防止空气泄漏，实现全自动无人运转。 提高了研究背景、4、Cont

2、ents、5、有机工质蒸汽发生器、工质加压泵、(1)单级ORC循环、有机朗肯循环原理、低温馀热发电ORC系统原理图、6、无排汽回热措施的ORC循环有机朗肯循环的性能： 对于室外空气温度低于0的寒冷地区，在需要采用空冷方式的外气的干球和湿球的温度差大的地区，在希望采用水冷方式的外气的干球和湿球的温度差大的干燥枯水地区，可以采用异形高效传热管的蒸发式冷却方式。 水冷冷端、空冷冷端、蒸发式冷凝冷端、有机朗肯循环原理、8、热源温度在200以上时，采用多级重叠机朗肯循环可获得高效率：多级重叠机朗肯循环的顶部循环使用沸点高的有机工质，多级重叠机朗肯循环的底部利用顶循环透平废气进行制冷和供暖，可以用一套装置

3、实现冷热电车的供给，实现中低温热能的分步利用。二级ORC冷热电供给、有机朗肯循环原理、(二)多级ORC及冷热电供给系统、9、有机朗肯循环原理、聚焦太阳能发电二级重叠ORC系统为例，将Therminol VP-I导热油作为中间流体使用时， 利用顶循环透平废气进行制冷和供暖，可以用一套装置实现冷热电车的供给，实现中低温热能的分步利用。 10、Contents、11、1 )工质选择的注意事项，环境保护性能尽量破坏和温室效应低的工质，例如HFC类、HC类、FC类烃物或其卤化化化学稳定性。 循环热残奥表应控制在工程上不发生热分解的范围内。 工程安全性。 包括毒性、易燃易爆性、对设备管道的腐蚀性等。 但是

4、，必须辩证地处理工程的可燃性。 适当的临界残奥表，标准沸点及凝固温度。 热源温度高时，尽量选择临界温度高的工学。 满意： pe，max=0.005MPa，循环工质选择和物性研究，液态和气体密度大。 减少运输泵的工作，减少管道和设备的尺寸。 汽化潜热大。 HV大、循环效率高、对有机工程学来说HV大的流体接近等熵流体。 12、液体定压比热尽可能低。 Cpl越低，饱和液线越接近垂直，工程吸热过程也接近等熵线，循环也接近卡诺循环，容易得到高效率。 循环工质的选择和物性研究，工质的换热和流动性能。尽量选择对流换热系数高、粘度低、流动阻力小的循环工程。 价格，成本要求。 循环工程学应廉价易购。 换热设备及

5、管路系统的修订应尽量减少工质的充填量。 工质的选择应以全面分析系统性能优化的原则进行，优选的工质因评价指标而异。 一般情况下，在热源温度低的情况下，尽量选择干流体或等熵流体，通过饱和蒸汽进入膨胀机后，每个热源质量流量的输出为最大。 13、循环工质的选择和物性研究，同时，增大开发(1)比较稳定的自然工质ORC系统。 例如CO2、甲烷、NH3、特别是NH3、甲烷，在传热良好、ORC系统压力不高、热源温度高的情况下，能够采用大的过热度，能够得到高效率。 (2)加大混合工质ORC系统的开发。 特别是加大了环保非共沸工质、CO2环保有机工质非共沸混合系统的热物性研究。 (3)增加对工程泄漏防治技术措施的

6、研究，系统设置纠正应在事故和正常维修情况下考虑工程回收措施，研究一些性能优良的过渡工程(如HCFC123 )的采集和无害化利用、处理技术。 14、研究表明，如果选择合适的构成要素，混合体系的构成要素数超过3，则在泡露点间的汽液两相区中，混合工质的比焓和温度之间存在线性依赖关系，能够将温差传热不可逆损失抑制到最小限度。 因此，使用热性能优良的混合工质是改善ORC系统的重要措施。 特别是在采用空冷端或冷却介质的进出口温度差大的情况下，使用非共沸混合工质在保证必要的传热温度差的条件下，能够减少温度差传热不可逆损失，使系统得到高效率。 (二)混合工质热性质的修正方法、循环工质的选择和物性研究、15、多

7、元混合工质研究的重点和难点在于工质物性的预测修正算法。 由于多数有机工质为非极性物质，所以本项目研究选择了通用性好、国际上比较成熟、形式简单的立方形状态方程PR(PENG-ROBINSON )方程，其热力学推导残奥仪(焓、熵、自由能、逸度)均为循环工程的选择和物性研究，16、Vander Waals混合规则，导出的残奥计(其中自由能、比熵、比焓用泛函方程修正)，1). 17、混合工质的蒸汽液相平衡、归一化方程， 混合规则中的二元相互作用系数kij反映了混合物中两个分子间的相互作用及非理想作用的特性，作为混合质量热性质校正计算的重要残奥参数，一般而言，kij必须从混合质量的大量pVTx实验数据中

8、用适当的目标函数和优化算法得到，这妨碍了许多混合质量的研究因此，二元系采用kij的经验式，多元系采用kij差分关联模型。 二元混合工质相互作用系数kij经验式、多元(n=3)系kij差分值关联模型，I、j以正常沸点从低到高为排名依据。 nF是氟原子的个数。 根据国际上公布的pVTx实验数据的混合系蒸汽液相平衡(VLE )的修正结果，该预测方法具体显示了较高的精度，提高了PR方程的估计能力，确保了ORC循环性能预测的可靠性。、循环工程的选择和物性研究、18、Contents、19、(1)螺旋式膨胀机(Screw expander )、膨胀设备的选择、开式膨胀机外形膨胀设备的选择、螺旋压缩机的动作

9、图像、22、膨胀设备的选择、螺旋其结构与螺旋压缩机完全一致，只是旋转方向不同。 容积式膨胀机械(活塞、涡轮、螺杆)，不需要喷嘴、动叶片，机组动力性能受气压特性的影响小，机内流速低，无侑速损失，设置修订制造比较简单，成本低，低温下的效率可能比涡轮机高转速低，可与通常的两极(3000rpm)-4极(1500rpm )发电机直接连接，传动效率高。 由于气体流速低，转子转速低，膨胀机入口湿蒸汽，甚至是液态工程，避免排气过热，应对工况(残奥表和负荷)变化的能力强。 膨胀设备的选择，1螺杆膨胀机，24、螺杆直径50-630mm，1机组的容量适用10-1500kW (国内应用1000kW的水蒸气螺杆膨胀机)

10、，膨胀机进出口压差控制=1.5-2MPa，温度工程体积膨胀比大于5时，适用双螺杆膨胀或其他类型的膨胀机。 螺杆机除了轴承、密封件以外没有磨损零件，螺杆转速不高，机组寿命长，维护费用低，安全可靠性高。 螺杆膨胀机允许与单机并网运行，扭矩大，可直接拖动风扇、水泵或压缩机，使发电机工作发电时能承受较大的冲击负荷。 间隙密封，可向工作室喷油，密封性能好。 采用易燃爆炸工程时，系统内压力应高于外界环境压力。膨胀设备的选择、25、膨胀设备的选择、喷射润滑(密封)螺杆膨胀机、26、单级向心透平与单级轴流透平相比，(1)级的佟速损失和叶轮中的流动损失比较小，在能够得到高的轮周效率的小流量的情况下更显着地出现，

11、 大多数小流量的透平采用向心式(2)向心透平对其动叶片的气压性能要求低，即使叶片几何形状加工不正确或表面不光滑，透平效率也不怎么受影响(3)向心透过利用可调整的导叶实现透过水平的流量调整，宽广、膨胀设备的选择、29、膨胀设备的选择、(4)向心渗透水平主要应用于功率较小的范围，为86%； 日本报告的90。 (8)但是，由于小电力的向心涡轮的轴效率多为低，所以电力一般设为=25kW。 高压比、小流量的向心透过水平一般为70-75%的水平。 30、(三)轴流透过水平、膨胀设备的选择、31、大容量下，轴流透过水平的效率比其它类型膨胀机高。 为了避免喷嘴超音速造成的损失，一般将单级压力比控制在4-6。

12、在轴流透过水平内的工学的体积膨胀比小于50的情况下，单级能够得到80%以上的等熵效率，在膨胀比超过50的情况下，采用多级轴流透过水平。(4)涡旋膨胀机(Scroll Expander )，膨胀设备的选择，轴工作范围：1-10kW，33国际上对水沸腾和冷凝相变传热的研究比较成熟，但对许多有机工质的相变热交换研究比较少我们建立了有机工质管内流动沸腾(冷凝)换热实验台，完成了R245fa、R134a、R123的相变换热实验研究。 (1)传热机理的研究、有机工质的传热及其强化、有机工质传热实验台、试验段测定点配置、36、蒸发温度50时的管内平均热交换系数的含有率与质量流速的变化、蒸发温度60时的管内平

13、均热交换系数流动沸腾热交换系数与Liu Winterton式的修正值的误差进行实测； 实测流动沸腾热交换系数和Shah式的修正值的误差，实测有机工质的传热和其强化，37、有机流体的传热为了确保透过平进气是干饱和蒸汽，采用管壳式蒸汽发生器，导热油(或其他热流体)在管内行驶为了强化在有机工质的壳程中的池沸腾传热，图像形成装置开发了三维翅片GY管，翅片的外观呈龙鳞形状。 (二)开发强化传热技术、有机工质的传热及其强化、三维散热片GY管、38、对比常压下光滑管和GY强化加热管外R123池的初步分析，其强化的主要机理是(1) 外翅片和壁面的23夹角空间的液体形成薄的液膜沸腾，液膜表面对气泡的生长、脱离产

14、生抑制作用，加强泡底微膜的热传导和蒸发，强化沸腾(2)根据场协同理论，由于管外壁凹槽前后的速度场和温度梯度场之间的夹角小，协同度变得更好， 管外沸腾热交换得到强化有机工质的传热及其强化，(3)增加龙鳞状的三维外肋管表面、沸腾热交换面积，增加多个微小凹槽和肋脊表面，相应地增加气化核心点，增加液膜沸腾时在壁表面产生的气泡数量。 随着热流密度的增大，气泡的增长脱离壁面的速度加快，液体回流冲洗壁面也加快，液体与壁面之间的对流热交换加强。 在大量气泡上升的途中，向液体的干扰流动加剧，沸腾热交换被强化。 39、实验测量，在相同的热流密度下，GY强化管与光管外的单元沸腾相比，强化倍率为光管的3.65倍左右。 GY管是具有优异的管外沸腾热交换性能的强化管，适合用作低温热能发电ORC蒸汽发生器的传热管。 水平光滑的管沸腾热交换系数与热流密度的关系，GY管沸腾热交换系数与热流密度的关系，有机工质的传热及其强化，40、(3)高效率直接