小型太陽能汽輪機(jī)組的熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)與鏡場(chǎng)集成

【摘要】：隨著能源危機(jī)的深入和環(huán)境問題的不斷凸顯,太陽能等新能源的發(fā)展日益受到重視。熱功轉(zhuǎn)換設(shè)備是太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,開發(fā)適用于太陽能利用特點(diǎn)的太陽能汽輪機(jī)組可有效提高系統(tǒng)效率、降低投資成本,對(duì)進(jìn)一步推動(dòng)太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。 本文依托與相關(guān)企業(yè)的合作研究項(xiàng)目,開展了槽式太陽能汽輪機(jī)組的研發(fā)工作,并通過熱力性能試驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果。首先通過選用槽式太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)作為典型范例,分析其各部分的熱力學(xué)原理,得到了影響汽輪機(jī)組總體設(shè)計(jì)的各主要因素。將光熱轉(zhuǎn)換效率和熱熱轉(zhuǎn)換效率與蒸汽初參數(shù)相關(guān)聯(lián),建立了光熱轉(zhuǎn)換過程和熱熱轉(zhuǎn)換過程的簡(jiǎn)化效率模型。對(duì)汽輪機(jī)系統(tǒng)的熱力過程進(jìn)行建模,并基于MATLAB平臺(tái)編制了汽輪機(jī)組的總體熱力計(jì)算程序。以該程序?yàn)楣ぞ呓Y(jié)合實(shí)際要求對(duì)1.5MW太陽能汽輪機(jī)組進(jìn)行了總體熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì),機(jī)組采用分缸分軸的布置方案,高壓缸采用向心渦輪形式,低壓缸采用軸流形式。設(shè)計(jì)循環(huán)效率為25.32%,對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)總體光電轉(zhuǎn)換效率為16.65%。在機(jī)組制造完成后通過熱力性能試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,機(jī)組達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期效果,比國內(nèi)同等功率汽輪機(jī)產(chǎn)品的效率提高5個(gè)百分點(diǎn),如果用于太陽能熱發(fā)電站,則有望在同等發(fā)電功率下減少20%的鏡場(chǎng)面積。在此基礎(chǔ)上對(duì)某10MW太陽能機(jī)組進(jìn)行了初步總體設(shè)計(jì),并結(jié)合蒸汽加熱過程原理對(duì)導(dǎo)熱油布置方案進(jìn)行了優(yōu)化探討,使系統(tǒng)的光熱轉(zhuǎn)換效率比傳統(tǒng)方案提高了約1.8%。 【關(guān)鍵詞】：太陽能熱發(fā)電 汽輪機(jī)設(shè)計(jì) MATLAB 熱力試驗(yàn) 總體效率優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所）
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TM615
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 目錄8-11
• 1 緒論11-22
• 1.1 課題背景及意義11-15
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-21
• 1.2.1 太陽能熱發(fā)電技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.2.2 槽式太陽能熱發(fā)電技術(shù)的研究進(jìn)展16-18
• 1.2.3 工業(yè)汽輪機(jī)組的設(shè)計(jì)發(fā)展及軟件開發(fā)概況18-21
• 1.3 本文的研究內(nèi)容21-22
• 2 太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的熱力學(xué)原理分析22-44
• 2.1 典型太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成22-24
• 2.2 光熱轉(zhuǎn)換過程的熱力學(xué)原理分析24-32
• 2.2.1 集熱器熱效率的理論模型24-29
• 2.2.2 集熱器的實(shí)際效率數(shù)據(jù)擬合29-31
• 2.2.3 導(dǎo)熱油出口溫度與集熱場(chǎng)效率的關(guān)系推算31-32
• 2.3 熱熱轉(zhuǎn)換過程的熱力學(xué)原理分析32-35
• 2.3.1 換熱子系統(tǒng)的工作過程與原理32-33
• 2.3.2 蒸汽初參數(shù)對(duì)光熱及熱熱轉(zhuǎn)換過程效率的影響33-35
• 2.4 熱電轉(zhuǎn)換過程的熱力學(xué)原理分析35-42
• 2.4.1 熱電轉(zhuǎn)換過程的熱力學(xué)原理35-37
• 2.4.2 蒸汽參數(shù)對(duì)循環(huán)熱效率的影響37-39
• 2.4.3 再熱對(duì)循環(huán)熱效率的影響39-40
• 2.4.4 回?zé)嵯到y(tǒng)的選取對(duì)循環(huán)熱效率的影響40-42
• 2.5 本章小結(jié)42-44
• 3 太陽能汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化建模與程序編制44-62
• 3.1 光熱轉(zhuǎn)換過程的簡(jiǎn)化建模與程序編制44-47
• 3.1.1 光熱轉(zhuǎn)換過程的程序編制框圖44-47
• 3.1.2 光熱轉(zhuǎn)換過程計(jì)算程序的試算結(jié)果47
• 3.2 熱熱轉(zhuǎn)換過程的簡(jiǎn)化建模與程序編制47-49
• 3.3 熱電轉(zhuǎn)換過程的簡(jiǎn)化建模與程序編制49-60
• 3.3.1 熱力系統(tǒng)的基本過程與程序編制說明49-53
• 3.3.2 熱電轉(zhuǎn)換過程的程序計(jì)算框圖53-54
• 3.3.3 程序的具體編制54-60
• 3.4 太陽能汽輪機(jī)的總體熱力計(jì)算程序60-61
• 3.4.1 系統(tǒng)的光電轉(zhuǎn)換總效率60
• 3.4.2 采用中間再熱循環(huán)的系統(tǒng)總體計(jì)算程序60-61
• 3.5 本章小結(jié)61-62
• 4 1.5 MW太陽能汽輪機(jī)組的總體設(shè)計(jì)與熱力試驗(yàn)62-83
• 4.1 太陽能汽輪機(jī)組的技術(shù)要求62-63
• 4.2 1.5MW太陽能汽輪機(jī)組的總體方案設(shè)計(jì)63-73
• 4.2.1 機(jī)組容量的選擇63-64
• 4.2.2 機(jī)組總體結(jié)構(gòu)形式的確定64-65
• 4.2.3 蒸汽初參數(shù)的確定65-69
• 4.2.4 排汽壓力的選取69
• 4.2.5 再熱的選擇69-70
• 4.2.6 蒸汽回?zé)嵯到y(tǒng)形式的確定70-71
• 4.2.7 機(jī)組的總體設(shè)計(jì)結(jié)果及熱平衡圖繪制71-73
• 4.3 機(jī)組的制造完成情況及方案模擬調(diào)整73-76
• 4.3.1 1.5MW太陽能汽輪機(jī)組的制造完成情況73-75
• 4.3.2 1.5MW太陽能汽輪機(jī)組的方案模擬調(diào)整75-76
• 4.4 1.5MW太陽能汽輪機(jī)組的熱力性能試驗(yàn)76-81
• 4.4.1 熱力試驗(yàn)的準(zhǔn)備與方案模擬76-77
• 4.4.2 熱力性能試驗(yàn)方案與試驗(yàn)步驟77-80
• 4.4.3 試驗(yàn)結(jié)果與對(duì)比80-81
• 4.5 本章小結(jié)81-83
• 5 10MW太陽能汽輪機(jī)組方案與導(dǎo)熱油管路布置優(yōu)化探討83-96
• 5.1 10MW太陽能汽輪機(jī)組的方案探討83-86
• 5.1.1 較大容量機(jī)組的不同特點(diǎn)83
• 5.1.2 10MW機(jī)組的總體設(shè)計(jì)要素選取83-85
• 5.1.3 某10MW機(jī)組的初步方案設(shè)計(jì)結(jié)果85-86
• 5.2 導(dǎo)熱油管路布置優(yōu)化探討86-94
• 5.2.1 導(dǎo)熱油管路布置的傳統(tǒng)方案分析86-88
• 5.2.2 導(dǎo)熱油管路布置的優(yōu)化方案A88-91
• 5.2.3 導(dǎo)熱油管路布置的優(yōu)化方案B91-94
• 5.3 本章小結(jié)94-96
• 6 全文總結(jié)與展望96-99
• 參考文獻(xiàn)99-102
• 致謝102

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