三壓力氨水吸收式動力循環(huán)的熱力性能研究.pdf

1、三壓力氨水吸收式動力循環(huán)是一種適用于中低溫余熱驅動的發(fā)電循環(huán)，是在Kalina循環(huán)的基礎上提出的改進方案，具有適合的余熱溫度范圍較寬、循環(huán)回熱流程更加合理、效率較高、可變濃度調節(jié)等特點。本文采用理論分析與數值模擬研究相結合的方式，就三壓力氨水吸收式動力循環(huán)的熱力性能，從以下幾個方面開展了創(chuàng)新性研究:
　　對一種根據Kalina循環(huán)改進的適用于中低溫熱源驅動的氨水吸收式動力循環(huán)進行了熱力學分析計算。首先采用Schulz方程與PR方程

2、分區(qū)域進行了氨水混合工質熱狀態(tài)參數計算，并得到較高精度的計算結果。在氨水工質狀態(tài)參數計算的基礎上，采用熱效率、動力回收效率以及火用效率為系統(tǒng)評價指標，分別從熱力學第一定律以及熱力學第二定律的角度完成了對整個循環(huán)的熱力學分析，得到循環(huán)過程各個狀態(tài)點的狀態(tài)參數，分析了濃度、溫度、循環(huán)倍率等重要參數對循環(huán)熱力性能的影響，以尋求循環(huán)高效經濟運行的最佳參數設置。在蒸發(fā)溫度300℃，冷卻水溫度25℃，循環(huán)倍率5.5的工況下，系統(tǒng)熱效率ηth、動力回

3、收效率η0及火用效率ηex分別可達17.86％、15.87％和51.17％。通過對循環(huán)各個關鍵參數的優(yōu)化分析，發(fā)現循環(huán)倍率對系統(tǒng)熱力性能的影響不大;氨水工質的工作濃度對系統(tǒng)壓力影響較大，需要根據透平背壓為正壓或透平進口壓力適當的條件進行選擇;而氨水工質的工作濃度和基本濃度存在最佳匹配對，基本濃度高于最佳值則循環(huán)效率降低，反之則回熱解吸過程不能滿足要求。此外，與傳統(tǒng)純水工質動力循環(huán)進行對比，分析了氨水混合工質作為動力工質的優(yōu)勢。通過用本文

4、所采用的計算模型對現有文獻試驗數據的校核計算結果對比表明，計算模型與參考文獻所給出的各狀態(tài)參數值吻合良好，其循環(huán)熱效率指標的相對誤差在6.06％左右，表明計算模型的方法可靠。
　　對氨水吸收式動力循環(huán)的關鍵部件進行了熱力學及傳熱分析，并提出相應優(yōu)化的方向或途徑。根據熱力學第二定律火用分析原理對氨水吸收式動力循環(huán)的關鍵部件進行分析，發(fā)現循環(huán)最大的不可逆損失在于蒸發(fā)器。在熱源進口溫度300℃，冷卻水溫度25℃的算例工況下蒸發(fā)器火用損失

5、份額可達39.44％，其中低于熱源排放溫度以下的火用損占蒸發(fā)器火用損的16.4％，而蒸發(fā)器火用效率為76.8％。對蒸發(fā)過程中的過冷、沸騰以及過熱三個換熱階段，將蒸發(fā)器分為三段虛擬的換熱器，內部不可逆損失可根據溫度曲線分析。研究結果表明整個蒸發(fā)過程中過冷段開始點（即蒸發(fā)器進口點）與過熱段開始點（即沸騰段結束點）熵增率最大。對冷凝吸收過程，由于其傳熱傳質機理較為復雜，采用先混合后冷卻的簡化模型進行分析。在相同冷熱源條件下對比并分析采用純水工

6、質與氨水混合工質的透平膨脹過程。
　　變濃度調節(jié)功率方式是氨水動力循環(huán)所特有的一種調節(jié)方式，以工質濃度的變化來實現相同熱源溫度下的進汽壓力變化，可以在透平前節(jié)流閥全開時調整透平的質量流量，從而可在避免節(jié)流損失的情況下實現透平的功率調節(jié)。通過建立過渡過程動態(tài)模型分析循環(huán)各個回路濃度變化的非穩(wěn)態(tài)過程和調節(jié)所需時間。從滿負荷到60％滿負荷的變化工況下濃度變化過渡過程需要的時間約為63.4min。與通常采用的具有較大節(jié)流損失的透平進口閥門

7、節(jié)流調節(jié)方案進行對比分析，從透平流量100％變?yōu)樵瓉淼?0％的變工況下，變濃度調節(jié)方式較節(jié)流方式所得熱效率高28.41％。氨水變濃度調節(jié)的缺點在于調節(jié)時間較長有滯后性，因此實際應用中可以采用氨水變濃度與節(jié)流調節(jié)方式相結合的手段進行透平變工況調節(jié)。
　　參與完成了氨水吸收式動力循環(huán)的試驗臺相關搭建工作，試驗系統(tǒng)以導熱油為熱源，冷卻水為冷源，膨脹裝置采用閥門加帶水冷套的節(jié)流器。試驗測量儀表可確保試驗結果的不確定度相對誤差符合工程精度要

8、求范圍。同時對試驗系統(tǒng)提出了相關改進分析和合理化建議。
　　在對氨水吸收式動力循環(huán)系統(tǒng)研究的基礎上，設計了氨水吸收式動力/供熱以及動力/制冷聯合循環(huán)。通過熱水器的設置，采用分離器出口中壓稀溶液來加熱中壓吸收器口的冷卻水，從而獲得了溫度50.5℃左右的生活熱水。通過在中壓吸收器出口分流一部分工作溶液流經由過冷器、節(jié)流閥以及蒸發(fā)器組成的制冷回路，返回低壓吸收器內，可以實現動力/制冷聯合循環(huán)。在所研究工況下，其循環(huán)熱效率與火用效率分別可