中低温热源驱动双级有机闪蒸循环系统热性能与经济性研究
这是一篇关于双级有机闪蒸循环,中低温热能,工质,热性能,经济性的论文, 主要内容为地球有着储量丰富的中低温热能,若将这些低于200℃的中低温热能加以利用,则可减少化石燃料的消耗,缓和能源危机。但由于中低温热能温度较低,常规的动力循环无法对其有效利用。有机闪蒸循环(organic flash cycle,OFC)是适用于中低温热能的发电技术,然而传统OFC系统会产生巨大的?损。因此,本文研究了双级有机闪蒸循环(double flash OFC,双级OFC)系统。构建了双级OFC系统的热性能与经济性模型,分析了变热源条件下不同工质对双级OFC系统热性能和经济性的影响规律,比较了传统OFC系统与双级OFC系统的最大净输出功率。同时,因为非共沸工质相较于纯工质有着变温相变特性,可以改善系统与冷源的温度匹配性,所以将非工沸工质引入双级OFC系统中,分析不同热源进口温度下,工质组分变化对双级OFC系统热性能和经济性的影响。比较了非共沸工质和纯工质双级OFC系统的热性能与经济性。有如下主要结论:(1)构建了双级OFC系统模型,以最大净输出功率为目标,研究系统热性能。R601系统和R601a系统产生的净输出功率整体上要多于其他工质的系统。与传统OFC系统的净输出功率相比较,双级OFC系统均有所增大。其中,最大相对增量为工质R600a,其值为106.28%。最小相对增量为工质R601,其值为14.03%。(2)在热性能方面,对纯工质双级OFC系统进行了热效率和?效率分析,R601系统和R601a系统热效率和?效率整体上要高于其它工质系统。其中R601系统和R601a系统热效率最大值分别为11.88%和11.02%,?效率最大值分别为43.06%和41.13%。而R227ea系统热效率和?效率整体上最低,最大值分别为2.92%和14.35%。(3)建立了双级OFC系统的经济性模型,分析了系统的换热面积和发电成本。R601系统的换热器换热面积比R227ea系统最大增加了752.84%,R601系统的冷凝器器换热面积较R227ea系统最大增加了143.43%。R123系统总成本最大,为54.51k$。R601和R601a的系统EGC最小,分别为0.07$·k W-1·h-1和0.07$·k W-1·h-1。(4)将非共沸工质与双级OFC系统结合,研究了热源温度与摩尔组分对净输出功率的影响。当热源进口温度小于190℃时,非共沸工质R600a/R601a系统净输出功率大于R601a系统。其中,R600a/R601a(0.1/0.9)系统净输出功率最优,相较与R601a系统,相对增大率最大可达7.90%,但是非共沸工质R600a/R601a系统热效率并不一定优于R601a系统。(5)对于非共沸工质系统的?,研究了变温热源和变摩尔组分对系统?效率和?损的影响。当热源的进口温度为180℃,R600a摩尔组分为0.1时,系统?效率最大,为41.08%。当热源的进口温度为大于190℃时,R601a系统?效率最大,为41.13%。当热源的进口温度为小于190℃时,非共沸工质R600a/R601a系统?损小于R601a系统。当热源的进口温度为大于190℃时,非共沸工质R600a/R601a系统?损大于R601a系统。(6)针对双级OFC系统的经济性,比较了非共沸工质系统和纯工质系统的总成本和EGC。非共沸工质R600a/R601系统换热面积均大于R600a系统与R601a系统。当热源进口温度为小于150℃或者为200℃时,R600a/R601a(0.9/0.1)系统总成本最大,当热源进口温度为150-190℃时,R600a/R601a(0.1/0.9)系统总成本最大。而R600a/R601a(0.1/0.9)系统EGC比R600a系统EGC均有所减小,其中最大相对减量为40.18%,最小为10.71%。
中低温热源驱动双级有机闪蒸循环系统热性能与经济性研究
这是一篇关于双级有机闪蒸循环,中低温热能,工质,热性能,经济性的论文, 主要内容为地球有着储量丰富的中低温热能,若将这些低于200℃的中低温热能加以利用,则可减少化石燃料的消耗,缓和能源危机。但由于中低温热能温度较低,常规的动力循环无法对其有效利用。有机闪蒸循环(organic flash cycle,OFC)是适用于中低温热能的发电技术,然而传统OFC系统会产生巨大的?损。因此,本文研究了双级有机闪蒸循环(double flash OFC,双级OFC)系统。构建了双级OFC系统的热性能与经济性模型,分析了变热源条件下不同工质对双级OFC系统热性能和经济性的影响规律,比较了传统OFC系统与双级OFC系统的最大净输出功率。同时,因为非共沸工质相较于纯工质有着变温相变特性,可以改善系统与冷源的温度匹配性,所以将非工沸工质引入双级OFC系统中,分析不同热源进口温度下,工质组分变化对双级OFC系统热性能和经济性的影响。比较了非共沸工质和纯工质双级OFC系统的热性能与经济性。有如下主要结论:(1)构建了双级OFC系统模型,以最大净输出功率为目标,研究系统热性能。R601系统和R601a系统产生的净输出功率整体上要多于其他工质的系统。与传统OFC系统的净输出功率相比较,双级OFC系统均有所增大。其中,最大相对增量为工质R600a,其值为106.28%。最小相对增量为工质R601,其值为14.03%。(2)在热性能方面,对纯工质双级OFC系统进行了热效率和?效率分析,R601系统和R601a系统热效率和?效率整体上要高于其它工质系统。其中R601系统和R601a系统热效率最大值分别为11.88%和11.02%,?效率最大值分别为43.06%和41.13%。而R227ea系统热效率和?效率整体上最低,最大值分别为2.92%和14.35%。(3)建立了双级OFC系统的经济性模型,分析了系统的换热面积和发电成本。R601系统的换热器换热面积比R227ea系统最大增加了752.84%,R601系统的冷凝器器换热面积较R227ea系统最大增加了143.43%。R123系统总成本最大,为54.51k$。R601和R601a的系统EGC最小,分别为0.07$·k W-1·h-1和0.07$·k W-1·h-1。(4)将非共沸工质与双级OFC系统结合,研究了热源温度与摩尔组分对净输出功率的影响。当热源进口温度小于190℃时,非共沸工质R600a/R601a系统净输出功率大于R601a系统。其中,R600a/R601a(0.1/0.9)系统净输出功率最优,相较与R601a系统,相对增大率最大可达7.90%,但是非共沸工质R600a/R601a系统热效率并不一定优于R601a系统。(5)对于非共沸工质系统的?,研究了变温热源和变摩尔组分对系统?效率和?损的影响。当热源的进口温度为180℃,R600a摩尔组分为0.1时,系统?效率最大,为41.08%。当热源的进口温度为大于190℃时,R601a系统?效率最大,为41.13%。当热源的进口温度为小于190℃时,非共沸工质R600a/R601a系统?损小于R601a系统。当热源的进口温度为大于190℃时,非共沸工质R600a/R601a系统?损大于R601a系统。(6)针对双级OFC系统的经济性,比较了非共沸工质系统和纯工质系统的总成本和EGC。非共沸工质R600a/R601系统换热面积均大于R600a系统与R601a系统。当热源进口温度为小于150℃或者为200℃时,R600a/R601a(0.9/0.1)系统总成本最大,当热源进口温度为150-190℃时,R600a/R601a(0.1/0.9)系统总成本最大。而R600a/R601a(0.1/0.9)系统EGC比R600a系统EGC均有所减小,其中最大相对减量为40.18%,最小为10.71%。
基于非共沸工质喷射式有机闪蒸循环系统热性能研究
这是一篇关于有机闪蒸循环,喷射器,非共沸工质,热性能,经济性的论文, 主要内容为基于MATLAB 2018b软件构建了稳态的喷射式有机闪蒸循环(Organic Flash Cycle with ejector,喷射式OFC)系统模型,采用R245fa/R1234ze混合物为系统循环工质,对100-200℃的地热水热能进行回收利用。分别对闪蒸压力、R245fa摩尔组分以及热源温度的变化对系统热性能参数的影响进行了研究。通过构建非共沸工质R245fa/R1234ze喷射式OFC系统经济性计算模型,研究了闪着压力为最优闪蒸压力时,热源温度分别为定热源温度(TH=150℃)以及变热源温度(TH=100-200℃)的工况下,R245fa摩尔组分的变化对系统经济性参数的影响。此外,基于SPSS统计分析软件对R245fa/R1234ze喷射式OFC系统的热性能和经济性关键参数进行了相关分析和回归分析,得出对应的相关系数及回归方程以对工业化投产决策提供量化依据。研究结果表明:(1)采用非共沸工质R245fa/R1234ze,可有效提高喷射式OFC系统的热性能。系统净输出功率达到最大值时对应的闪蒸压力为最优闪蒸压力,且最优闪蒸压力唯一。当热源温度为150C且R245fa/R1234ze混合工质摩尔组分为0.9/0.1时,系统最大净输出功率、热效率和(火用)效率达到最大值,最小总(火用)损达到最小值。相较于R1234ze和R245fa两种纯工质,系统最大净输出功率分别提高84.23%和4.52%,热效率分别提高75.6%和0.22%,系统最大(火用)效率分别提高84.17%和4.52%,系统最小总(火用)损分别减小28.68%和3.85%。(2)在热源温度分别为100-200℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的条件下,随热源温度的升高,系统最大净输出功率、系统最大热效率和系统最小总(火用)损均逐渐增大,且当热源温度小于160℃时,R245fa/R1234ze混合工质对应的系统最小总(火用)损均小于纯工质对应的系统最小总(火用)损。系统最大(火用)效率先提高后降低,当热源温度为150℃且R245fa摩尔组分为0.9时,系统最大(火用)效率为45.60%,此时系统最大(火用)效率达到最大值。(3)采用非共沸工质R245fa/R1234ze,可有效降低喷射式OFC系统的发电成本,提高系统的经济性。在热源温度为150℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的工况下,当R245fa摩尔组分为0.9时,吸热器换热面积和冷凝器换热面积均达到最大值,此时设备总成本也达到最大值;发电成本相较于R1234ze纯工质而言,相对减小21.89%。在热源温度分别为100-200℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的工况下,不同热源温度对应的设备总成本达到最大值,但此时R245fa/R1234ze混合工质对应的发电成本均小于R1234ze纯工质时对应的发电成本。(4)在热源温度为150℃和最优闪蒸压力的工况下,R245fa摩尔组分能够显著影响喷射式OFC系统热性能和经济性。并且系统最大净输出功率与经济性的关键参数存在相关性,其中设备总成本与系统最大净输出功率呈显著性正相关;发电成本和系统最大净输出功率之间负相关性显著。并且决定系数R2均大于0.8,相应的回归方程拟合效果显著。纯工质R1234ze作为循环工质时,系统投资回收周期最长,且随着R245fa摩尔组分的增加逐渐减小。
基于非共沸工质喷射式有机闪蒸循环系统热性能研究
这是一篇关于有机闪蒸循环,喷射器,非共沸工质,热性能,经济性的论文, 主要内容为基于MATLAB 2018b软件构建了稳态的喷射式有机闪蒸循环(Organic Flash Cycle with ejector,喷射式OFC)系统模型,采用R245fa/R1234ze混合物为系统循环工质,对100-200℃的地热水热能进行回收利用。分别对闪蒸压力、R245fa摩尔组分以及热源温度的变化对系统热性能参数的影响进行了研究。通过构建非共沸工质R245fa/R1234ze喷射式OFC系统经济性计算模型,研究了闪着压力为最优闪蒸压力时,热源温度分别为定热源温度(TH=150℃)以及变热源温度(TH=100-200℃)的工况下,R245fa摩尔组分的变化对系统经济性参数的影响。此外,基于SPSS统计分析软件对R245fa/R1234ze喷射式OFC系统的热性能和经济性关键参数进行了相关分析和回归分析,得出对应的相关系数及回归方程以对工业化投产决策提供量化依据。研究结果表明:(1)采用非共沸工质R245fa/R1234ze,可有效提高喷射式OFC系统的热性能。系统净输出功率达到最大值时对应的闪蒸压力为最优闪蒸压力,且最优闪蒸压力唯一。当热源温度为150C且R245fa/R1234ze混合工质摩尔组分为0.9/0.1时,系统最大净输出功率、热效率和(火用)效率达到最大值,最小总(火用)损达到最小值。相较于R1234ze和R245fa两种纯工质,系统最大净输出功率分别提高84.23%和4.52%,热效率分别提高75.6%和0.22%,系统最大(火用)效率分别提高84.17%和4.52%,系统最小总(火用)损分别减小28.68%和3.85%。(2)在热源温度分别为100-200℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的条件下,随热源温度的升高,系统最大净输出功率、系统最大热效率和系统最小总(火用)损均逐渐增大,且当热源温度小于160℃时,R245fa/R1234ze混合工质对应的系统最小总(火用)损均小于纯工质对应的系统最小总(火用)损。系统最大(火用)效率先提高后降低,当热源温度为150℃且R245fa摩尔组分为0.9时,系统最大(火用)效率为45.60%,此时系统最大(火用)效率达到最大值。(3)采用非共沸工质R245fa/R1234ze,可有效降低喷射式OFC系统的发电成本,提高系统的经济性。在热源温度为150℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的工况下,当R245fa摩尔组分为0.9时,吸热器换热面积和冷凝器换热面积均达到最大值,此时设备总成本也达到最大值;发电成本相较于R1234ze纯工质而言,相对减小21.89%。在热源温度分别为100-200℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的工况下,不同热源温度对应的设备总成本达到最大值,但此时R245fa/R1234ze混合工质对应的发电成本均小于R1234ze纯工质时对应的发电成本。(4)在热源温度为150℃和最优闪蒸压力的工况下,R245fa摩尔组分能够显著影响喷射式OFC系统热性能和经济性。并且系统最大净输出功率与经济性的关键参数存在相关性,其中设备总成本与系统最大净输出功率呈显著性正相关;发电成本和系统最大净输出功率之间负相关性显著。并且决定系数R2均大于0.8,相应的回归方程拟合效果显著。纯工质R1234ze作为循环工质时,系统投资回收周期最长,且随着R245fa摩尔组分的增加逐渐减小。
基于非共沸工质喷射式有机闪蒸循环系统热性能研究
这是一篇关于有机闪蒸循环,喷射器,非共沸工质,热性能,经济性的论文, 主要内容为基于MATLAB 2018b软件构建了稳态的喷射式有机闪蒸循环(Organic Flash Cycle with ejector,喷射式OFC)系统模型,采用R245fa/R1234ze混合物为系统循环工质,对100-200℃的地热水热能进行回收利用。分别对闪蒸压力、R245fa摩尔组分以及热源温度的变化对系统热性能参数的影响进行了研究。通过构建非共沸工质R245fa/R1234ze喷射式OFC系统经济性计算模型,研究了闪着压力为最优闪蒸压力时,热源温度分别为定热源温度(TH=150℃)以及变热源温度(TH=100-200℃)的工况下,R245fa摩尔组分的变化对系统经济性参数的影响。此外,基于SPSS统计分析软件对R245fa/R1234ze喷射式OFC系统的热性能和经济性关键参数进行了相关分析和回归分析,得出对应的相关系数及回归方程以对工业化投产决策提供量化依据。研究结果表明:(1)采用非共沸工质R245fa/R1234ze,可有效提高喷射式OFC系统的热性能。系统净输出功率达到最大值时对应的闪蒸压力为最优闪蒸压力,且最优闪蒸压力唯一。当热源温度为150C且R245fa/R1234ze混合工质摩尔组分为0.9/0.1时,系统最大净输出功率、热效率和(火用)效率达到最大值,最小总(火用)损达到最小值。相较于R1234ze和R245fa两种纯工质,系统最大净输出功率分别提高84.23%和4.52%,热效率分别提高75.6%和0.22%,系统最大(火用)效率分别提高84.17%和4.52%,系统最小总(火用)损分别减小28.68%和3.85%。(2)在热源温度分别为100-200℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的条件下,随热源温度的升高,系统最大净输出功率、系统最大热效率和系统最小总(火用)损均逐渐增大,且当热源温度小于160℃时,R245fa/R1234ze混合工质对应的系统最小总(火用)损均小于纯工质对应的系统最小总(火用)损。系统最大(火用)效率先提高后降低,当热源温度为150℃且R245fa摩尔组分为0.9时,系统最大(火用)效率为45.60%,此时系统最大(火用)效率达到最大值。(3)采用非共沸工质R245fa/R1234ze,可有效降低喷射式OFC系统的发电成本,提高系统的经济性。在热源温度为150℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的工况下,当R245fa摩尔组分为0.9时,吸热器换热面积和冷凝器换热面积均达到最大值,此时设备总成本也达到最大值;发电成本相较于R1234ze纯工质而言,相对减小21.89%。在热源温度分别为100-200℃且闪蒸压力为最优闪蒸压力的工况下,不同热源温度对应的设备总成本达到最大值,但此时R245fa/R1234ze混合工质对应的发电成本均小于R1234ze纯工质时对应的发电成本。(4)在热源温度为150℃和最优闪蒸压力的工况下,R245fa摩尔组分能够显著影响喷射式OFC系统热性能和经济性。并且系统最大净输出功率与经济性的关键参数存在相关性,其中设备总成本与系统最大净输出功率呈显著性正相关;发电成本和系统最大净输出功率之间负相关性显著。并且决定系数R2均大于0.8,相应的回归方程拟合效果显著。纯工质R1234ze作为循环工质时,系统投资回收周期最长,且随着R245fa摩尔组分的增加逐渐减小。
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