翟慧星低温地热有机朗肯循环混合工质的设计初探PPTX.pptxVIP

低温地热有机朗肯循环混合工质设计初探 博士生：翟慧星 导师：史琳教授 提纲 研究背景和现状 系统及评价标准介绍 混合工质设计 热力学计算结果 结论 提纲 研究背景和现状 系统及评价标准介绍 混合工质设计 热力学计算结果 结论 研究背景 化石燃料的过度使用，使得能源问题日益突出 可再生能源的利用可以帮助缓解能源危机 地热是一种在地球上广泛分布的可再生能源，其可利用的温度较低，一般在80-300℃。 有机朗肯循环ORC是一种有效的利用低温热能发电的途径。 研究现状 时间 作者 观点 2007 Aleksandra 等 增加地热水的流量来增加输出功 2007 Hettiarachchi 等 对于第一定律效率，不能有效地区分和评价工质，所以需要采用第二定律效率计算 2010 Florian Heberle 等 当选择每单位热源流量的净功为指标时，R236ea最高，当选择每单位净功的换热面积为指标时，E170，R600和R141b最小 2011 T. Guo 等 以单位面积的净功量为目标函数的，并且推荐了环戊烷 评价标准不统一 工质研究以纯工质为主 提纲 研究背景和现状 系统及评价标准介绍 混合工质设计 热力学计算结果 结论 地热发电ORC系统 循环工况的确定 超临界：减小换热引起的系统火用损失，与热源更好的匹配 夹点温差：10K 蒸发压力：1.2*Pc 工质泵等熵效率：1 膨胀机等熵效率：0.8 冷凝温度：30℃ 工质评价标准的确定 由于抽取地热水通常需要向地下凿洞几千米。凿洞的成本占到整个电站成本的70%。维持电站运行的抽水泵功占到发电量的30%-50%。 所以对地热水的充分利用是至关重要的，因此本文选取的评价指标为单位地热水发电量 单位地热水放热量，与工质和夹点温度有关 循环效率，仅与工质有关 提纲 研究背景和现状 系统及评价标准介绍 混合工质设计 热力学计算结果 结论 混合工质设计目标 地热温度——170℃、150℃、130℃ 安全性——不可燃，无毒害 环境性要求——GWP700 系统要求——滑移温度2℃，运行状况下稳定不分解 循环性能——单位地热水发电量 市场可获得性——价格低，已获得 混合工质热力学计算 本文热力学模拟过程采用NIST的REFPROP8.0软件对工质进行物性计算。对于纯工质和混合工质，该软件采用改进的Helmholtz自由能方程和改进的Helmholtz混合法则进行计算[1]。 [1]Lemmon E W, McLinden M O, Huber M L. NIST reference Fluid Thermodynamic and Transport Properties REFPROP, Version 8.0 [DB/DK]. National Institute of Standard Technology, 2002 混合工质其他计算 混合物的环境性指标GWP采用加权的算法。 混合物的可燃性采用经验公式估计其可燃上下限[2] [2]李达志, 可燃性气体爆炸浓度极限的计算, 化工设计通讯, 1988(14), 1: 61-63 其中ni，nj和nk为混合物中某一纯工质组分的摩尔分数。 组成混合工质的纯工质 物质 M/g/mol Tc /K Pc/MPa GWP 可燃性等级 R236ea 152.04 412.44 3.502 1410 A1 R152a 66.051 386.41 4.5168 133 A2 R1234ze(e) 114.04 382.52 3.6363 10 A1/ A2L R134a 102.03 374.21 4.0593 1370 A1 R1234yf 114.04 367.85 3.3822 4.4 A2L R32 52.024 351.26 5.782 716 A2L 纯工质的一些参数 所设计混合工质 编号 M/g/mol Tc /K Pc/MPa GWP 可燃性等级 滑移温度/K M1 97.18 386.42 4.15 166 A2 2 M2 96.60 381.27 4.21 430 A2L 1 M3 108.91 370.57 3.81 550 A1 0 M4 102.14 379.02 4.06 660 A1 2 M6 71.452 361.05 5.33 360 A2L 2 混合工质的一些参数 混合工质的优势 混合工质的优势在于可以将工质的特性有机组合，取长补短，从而达到综合更优的效果。 混合工质M1为例，M1避开了网状图中心的“性能恶劣区域”，取得了各约束条件的平衡。 提纲 研究背景和现状 系统及评价标准介绍 混合工质设计 热力学计算结果 结论 170℃热源 效率高的工质，其单位地热水