中低溫地熱發(fā)電系統(tǒng)分析及單螺桿膨脹機試驗研究

【摘要】：面對環(huán)境和能源問題的日益突出，可再生能源的研究開發(fā)非常有必要。在可再生能源之中，地熱能與其它能源相比，投資和運營成本低、利用系數(shù)高、幾乎不受天氣和氣候的影響、發(fā)電穩(wěn)定等優(yōu)點，具有很高的應(yīng)用開發(fā)性。而我國的地熱資源特點，高溫地熱資源較少，中低溫地熱較多且分布廣泛。為了充分利用中低溫地熱資源，可采用中小型的中低溫有機朗肯循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)。而單螺桿膨脹機具有小型化、良好的輸出性能等優(yōu)點，非常適合中小型的中低溫地熱發(fā)電系統(tǒng)，因此本文進行了中低溫地熱發(fā)電系統(tǒng)分析及單螺桿膨脹機實驗研究工作。 本文主要的研究內(nèi)容為： （1）基于本實驗室最新研制的10kW單螺桿膨脹機，結(jié)合實驗測試的數(shù)據(jù)和膨脹機的設(shè)計參數(shù)，利用AspenHysys軟件對整個中低溫有機朗肯循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)進行了模擬計算。對于90~150℃的地熱水資源，對于以R123、R245fa、R141b、R142b、R113為工質(zhì)的地熱發(fā)電系統(tǒng)，分析了系統(tǒng)熱效率、效率、不可逆損失等方面。計算表明，R142b工質(zhì)計算溫度內(nèi)具有較好的系統(tǒng)系能，但是R142b易燃，蒸發(fā)壓力較高，安全性和機械密封等要求較高。綜合從系統(tǒng)壓力和熱效率等方面考慮，R123比較適合作為中低溫地熱發(fā)電的工質(zhì)。 （2）在壓縮空氣測試實驗臺基礎(chǔ)上進行了深入的探討和研究，改造優(yōu)化原來的實驗測試系統(tǒng)，原流程上增加了空氣加熱器等設(shè)備，設(shè)計和搭建單螺桿膨脹機加熱壓縮空氣實驗測試系統(tǒng)。利用60、80、100、120℃加熱空氣測試了膨脹機性能，對于不同溫度下的膨脹機的膨脹比、溫降、功率、氣耗率、不可逆損失、效率等進行了研究分析。研究表明，同轉(zhuǎn)速下，較高的溫度下膨脹機輸出功較高，氣耗率較小，膨脹比較大，溫降較大，效率較大，不可逆損失較小，具有較好的經(jīng)濟性能。 （3）在后期實驗中，在加熱壓縮空氣測試試驗臺基礎(chǔ)上改進增加了膨脹機的潤滑油路循環(huán)，測試了潤滑油路循環(huán)下膨脹機的性能。通過對80℃有無潤滑油循環(huán)下的測試結(jié)果比較，可知有潤滑油循環(huán)下膨脹機具有較好的性能，系統(tǒng)的輸出功較大，氣耗率較低，膨脹比較大，不可逆損失較小，效率較高，系統(tǒng)的經(jīng)濟性較好。分析原因，有潤滑油循環(huán)情況下較好性能，一方面是由于潤滑油對膨脹機內(nèi)部的密封和潤滑性作用；另一方面由于潛在的潤滑路的油泵影響了膨脹機的性能。 （4）通過對比120℃的數(shù)據(jù)和80℃有潤滑油循環(huán)的數(shù)據(jù)，膨脹機在80℃有潤滑油循環(huán)下膨脹機的一些性能，可以達到較高溫度下膨脹機的測試性能。對于膨脹機的潤滑油路循環(huán)的研究，對于膨脹機性能的提升有著重要的意義。 【關(guān)鍵詞】：單螺桿膨脹機 地熱發(fā)電 有機朗肯循環(huán) 加熱壓縮空氣
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TM616
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-9
• 物理量名稱及符號表9-11
• 目錄11-13
• 第1章 緒論13-23
• 1.1 課題研究背景及意義13-16
• 1.1.1 能源與環(huán)境問題13-14
• 1.1.2 地熱資源的分布特點14-15
• 1.1.3 課題研究意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)的研究發(fā)展與現(xiàn)狀16-21
• 1.2.1 地熱利用發(fā)電的發(fā)展與現(xiàn)狀16-17
• 1.2.2 雙工質(zhì)有機朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)研究發(fā)展17-19
• 1.2.3 螺桿膨脹機的相關(guān)研究工作19-21
• 1.3 課題研究主要內(nèi)容和目標21-23
• 1.3.1 課題研究內(nèi)容21
• 1.3.2 課題研究目標21-23
• 第2章 中低溫有機朗肯循環(huán)地熱發(fā)電系統(tǒng)的研究23-37
• 2.1 模擬軟件介紹23
• 2.2 中低溫有機朗肯地熱發(fā)電系統(tǒng)的流程與熱力學分析23-27
• 2.2.1 系統(tǒng)流程簡介23-24
• 2.2.2 系統(tǒng)過程的熱力分析24-26
• 2.2.4 系統(tǒng)過程的不可逆分析26-27
• 2.3 工質(zhì)的選擇與系統(tǒng)物性參數(shù)的確定27-31
• 2.3.1 工質(zhì)的選取27-30
• 2.3.2 系統(tǒng)參數(shù)的確定30
• 2.3.3 物性計算方法的選取30-31
• 2.4 系統(tǒng)的模擬結(jié)果與分析31-34
• 2.5 本章小結(jié)34-37
• 第3章 單螺桿膨脹機加熱空氣實驗臺的搭建37-49
• 3.1 實驗系統(tǒng)的概述37-38
• 3.2 實驗系統(tǒng)設(shè)備介紹38-45
• 3.2.1 單螺桿膨脹機樣機38-39
• 3.2.2 空氣壓縮與加熱系統(tǒng)39-41
• 3.2.3 潤滑油循環(huán)系統(tǒng)41
• 3.2.4 數(shù)據(jù)測量及采集系統(tǒng)41-44
• 3.2.5 測功系統(tǒng)44
• 3.2.6 其它相關(guān)設(shè)備44-45
• 3.3 實驗系統(tǒng)的搭建45-47
• 3.3.1 實驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺45
• 3.3.2 膨脹機及測功系統(tǒng)的安裝45-46
• 3.3.3 管路、加熱器、儀表等的連接46
• 3.3.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的連接46-47
• 3.3.5 實驗系統(tǒng)的調(diào)試47
• 3.4 本章小結(jié)47-49
• 第4章 單螺桿膨脹機加熱壓縮空氣動力實驗49-81
• 4.1 加熱壓縮空氣實驗概述49-50
• 4.1.1 加熱空氣實驗研究49-50
• 4.1.2 潤滑油路循環(huán)實驗研究50
• 4.2 實驗操作方法50-52
• 4.2.1 實驗前準備工作50-51
• 4.2.2 實驗中的注意事項51-52
• 4.2.3 實驗后的工作52
• 4.3 實驗數(shù)據(jù)處理依據(jù)52-54
• 4.4 膨脹機性能實驗結(jié)果與分析54-77
• 4.4.1 溫度 100℃下實驗數(shù)據(jù)分析54-59
• 4.4.2 溫度 60、120℃的實驗數(shù)據(jù)對比分析59-65
• 4.4.3 不同測試溫度膨脹機性能的分析65-70
• 4.4.4 溫度 80℃下有無潤滑油循環(huán)的數(shù)據(jù)對比分析70-77
• 4.5 實驗測量誤差分析77-79
• 4.6 本章小結(jié)79-81
• 結(jié)論81-83
• 參考文獻83-87
• 攻讀碩士期間所發(fā)表的論文87-89
• 致謝89

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