基于有机朗肯循环的燃气轮机余热发电应用研究

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能源利用方式上存在的高强度、高排放、高污染和低质、低效等问题困扰着我国的经济发展。因此,节能工作得到了我国政府和社会各界的广泛重视。在全球倡导绿色经济的大背景下,低温余热发电技术是一种回收低温余热能量的节能技术。有机工质在低温利用场景中的朗肯循环中表现出的各种优势,近百年来吸引了世界各国政府和能源工作者持续研究。论文根据有机工质朗肯循环(ORC)的工作原理和热力计算,对ORC循环的冷凝器、蒸发器、膨胀机、工质泵、循环泵、发电功率和热效率分别建立了数学模型,并对整个系统的?损失进行了理论分析。在此基础上,对准三角循环原理进行了分析,并建立热力计算数学模型。最后根据工质的临界参数、凝固温度和正常沸点等参数,以及工质的流动性能、传热性能、环保性能、化学性能等性质,系统选用R245fa(五氟丙烷)作为循环工质。论文研究了PG6561B型燃气轮机及其联合循环热力系统,通过系统分析,提出了利用有机工质朗肯循环(ORC)发电技术来降低燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉的排烟温度,从而达到烟气余热的深度利用,以提高余热利用率。根据余热锅炉的排烟参数和项目的原始资料,论文确定了发电系统设计参数。借助数学模型,笔者通过MATLAB编程,并将REFPROP 9.1数据库挂载到模型中,对系统进行了ORC和准三角循环的热力计算与比较分析。综合热效率、净功率、?效率指标以及两种系统的?损失分析,得出准三角循环系统的整体性能优于ORC系统。论文对准三角循环系统的单位净功所需的换热面积(APR)进行了计算分析。当蒸发温度在95℃到110℃时,APR稳定在6m~2/kW左右的最低值。利用经济学方法,笔者通过投资回收期、内部收益率和净现值三种指标的计算分析,对本项目进行方案的优化选择。经分析比较,在项目实践过程中,可结合风险、收益等情况,在100℃到110℃之间合理选择蒸发温度的设计值。燃气-蒸汽联合循环系统在加上准三角循环后,当准三角循环工质蒸发温度为100℃时,系统的热效率从60.5%上升到61.24%,提高了0.74个百分点。系统的整体热效率有所提升,但提升幅度有限。
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