关键设计参数对ORC系统性能影响分析.pdf
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1、 收稿日期:作者简介:林秋宇()男高级工程师 目前主要从事电站辅机、余热利用等产品设计开发工作关键设计参数对 系统性能影响分析林秋宇王 铎赵云云(哈尔滨汽轮机厂有限责任公司哈尔滨)摘要:有机朗肯循环系统(系统)中有机工质的蒸发压力、过热度、冷凝压力是影响系统效率的关键因素通过分析亚临界 系统中蒸发压力、过热度、冷凝压力等参数对系统效率的影响得出各参数对系统效率的影响曲线并分析蒸发压力对透平效率、透平转速及叶轮直径的影响为 系统优化设计提供指导关键词:系统系统效率透平结构分类号:文献标识码:文章编号:()():().:前 言在 发电机组中系统的蒸发压力、过热度、冷凝压力、过冷度及关键设备(透平)
2、的效率是影响系统效率及经济性的关键因素研究亚临界 系统中蒸发压力、过热度、冷凝压力、过冷度、热端端差()及设备效率等参数对系统效率的影响对今后的设计有重要意义 有机工质五氟丙烷()临界温度 临界压力.在 危害分级系统中健康危害系数为 火灾危害系数为 反应危害为 系数为 因此 为一种环保性能优越、热力性能良好的有机工质十分适合作为低温热源的 发电系统的有机工质 对常用钢材兼容性较好有利于降低设备制造成本 本文以 作为有机朗肯循环系统内的循环工质分别从系统效率、透平结构两个角度研究了系统有机工质各参数对其的影响规律为 系统设计优化提供参考 系统组成及热平衡方程系统采用高温热水作为热源常温水作为冷却
3、水进行 系统设计本文研究的 系统由工质泵、蒸发器、过热器、透平、冷凝器、电机组成如图 所示 工质循环由工质泵加压进入蒸发器蒸发器中工质吸热产生饱和 工质蒸汽工质蒸汽在过热器中被图 系统组成图加热成过热工质蒸汽然后进入工质透平进行膨胀做功做功后的乏汽进入冷凝器冷却为过冷工质后回流到工质泵完成一个工作循环图 所示为 系统 图其循环过程为 其中 过程为有机工质被工质泵输送至蒸发器 过程为工质在蒸发器中吸热蒸发并在过热器中吸热达到过热状态 过程为工质进入透平进行做功 为透平乏汽进入冷凝器冷却并回流至工质泵系统热力学分析过程中忽略设备向环境的散热损失其热平衡方程如下:工质在蒸发器、过热器中吸热(过程)总
4、量 为:()工质在透平内膨胀做功为:()()透平等熵效率为:第 卷 第 期汽 轮 机 技 术.年 月.图 系统温熵()图 透平出口乏汽进入冷凝器冷凝过程(过程)放热量为:()工质泵消耗功 为:()系统净输出功为:系统循环热效率为:式中 为系统工质流量 为状态点比焓值透平结构计算公式:././式中 为转速/为转子流量/为叶轮直径 为绝热压头 系统各参数的影响分析温度夹点是以热力学为基础分析系统过程中能量流沿温度的分布从而发现系统用能的“瓶颈”温度因此任何换热系统都存在夹点温度夹点温度限制了系统中热回收的量 文献描写了亚临界 循环的经济性分析了蒸发夹点温度在 、冷凝夹点温度在 时系统的经济性 夹点
5、温度对系统的效率影响较小但是对系统的制造成本影响较大夹点温度越小系统效率越高但是需要蒸发器、冷凝器的面积越大因此选择合理的夹点温度是计算 循环系统的重要因素本文根据文献的研究结果选择蒸发、冷凝的夹点温度为 在此基础上进行关键参数的分析.蒸发压力的影响对于蒸发压力分析了各热端端差()下蒸发压力为.、.、.、.、.时 的系统效率并得到蒸发压力对系统效率的影响曲线如图、图 所示由图、图 可见不同端差温度下的系统循环热效率随图 蒸发压力 系统效率曲线图 蒸发压力 功率曲线着蒸发压力的升高呈近似线性上升趋势而对系统净输出功不同端差温度下的净输出功与蒸发器压力的关系为近似抛物线关系即存在一个净输出功最大的
6、蒸发压力对于不同的端差净输出功最大的蒸发压力基本一致约为.之间对于相同的蒸发压力系统净输出功随着端差的减小而增加但是端差越低代表设备的尺寸越大因此也需要结合设备经济性等综合因素判断确定换热器的端差.过热度的影响对于过热度分析了各热端端差()下过热度为、时 的系统效率、最高循环热效率的工质流量并得到过热度对系统效率、工质流量的影响曲线如图、图 所示图 过热度 系统净效率曲线图 过热度 工质流量曲线由图 可以看出在相同的热源条件下随着系统内工质蒸汽过热度的提高 系统循环热效率呈先升后降的趋势 在过热度 时系统的效率达到最高点同样在这个过热度下需求的工质流量最少第 期林秋宇等:关键设计参数对 系统性
7、能影响分析 通过对以上参数的分析可以看出当过热度由 逐渐提高至 时 过热度对于系统效率提升的贡献约为./当过热度从 逐渐升高至 时过热度对于系统效率提升的贡献为负值约为 ./因此在过热度从 变化到 过热度对系统效率影响较小而在系统效率最高时增加过热度则对系统效率影响较大.冷凝压力的影响对于冷凝压力本文分析了各热端端差()下冷凝压力为.、.、.、.、.时 的系统效率并得到冷凝压力对系统效率、工质流量的影响曲线如图、图 所示图 冷凝压力 系统效率曲线图 冷凝压力 工质流量曲线由图 可以看出随着系统内工质冷凝压力的提高 系统循环热效率程降低趋势 由图 可以看出随着系统内工质冷凝压力的提高 系统达到最
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