中高溫熱功轉換的有機工質跨臨界循環基礎研究

《中高溫熱功轉換的有機工質跨臨界循環基礎研究》是依託清華大學，由史琳擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：中高溫熱功轉換的有機工質跨臨界循環基礎研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：史琳
• 項目類別：重點項目

項目摘要

可再生能源及中低品位餘熱資源的轉換利用是國際能源戰略發展的重要方向。150-350℃的中高溫餘熱資源數量巨大，但其品位中等、單元熱流量有限、波動性強，現有熱功轉換技術難以有效利用其有效能，是國際熱利用的難點和熱點。構建以跨臨界有機朗肯循環為主的先進循環方式，可增加機組出功，減少傳熱有效能損失、改善變工況性能，是中高溫餘熱利用非常有潛力的技術。針對國內外研究現狀，本項目擬圍繞構建跨臨界有機朗肯循環，揭示餘熱資源的數量、品位、載體等與最佳利用模式間的對應關係，建立熱源溫位、工質特性、系統規模協同的熱力循環評價體系和構建方法；建立工質篩選方法，深入探索工質跨臨界物性變化特殊規律，開展有機工質及混合物的跨臨界熱物性實驗研究，提供高精度基礎數據，建立跨臨界狀態方程，最佳化混合工質物性預測方法；揭示中高溫條件下工質熱穩定性的反應機理、預測方法和極限判定準則。可為最大限度地利用中高溫餘熱資源提供科學支撐。

結題摘要

可再生能源及中低品位餘熱資源的轉換利用是國際能源戰略發展的重要方向。150-350℃的中高溫餘熱資源數量巨大，但其品位中等、單元熱流量有限、波動性強，現有熱功轉換技術難以有效利用其有效能，是國際熱利用的難點和熱點。構建以跨臨界有機朗肯循環為主的先進循環方式，可增加機組出功，減少傳熱有效能損失、改善變工況性能，是中高溫餘熱利用非常有潛力的技術。本項目揭示了循環、工質、熱源之間的關聯規律；對150~350℃中高溫熱源進行了熱力學模型的抽象與分類，並給出了不同條件下最佳循環形式和最優工質篩選的定量準則；基於工質物性對循環性能的作用機理，建立了ORC混合工質主動設計方法，避免了傳統被動方法的盲目試算。對中高溫有機工質熱分解的反應機理進行了理論和實驗研究，提出了具有普適性的表觀動力學模型研究方法和理論預測方法；發展多種實驗方法，大幅補充了有機工質熱穩定性實驗數據；並進一步明確了不同種類有機工質熱分解對ORC系統的影響機制，對系統安全性進行了評價。同時發展新型測試技術，獲取潛力工質的高精度飽和蒸氣壓、pvT性質、氣相聲速性質、導熱係數和粘度等熱力學和輸運性質基礎數據，其中多套數據均為國際首套；並進一步建立具有很強預測性和通用性的跨臨界區的跨接VTSRK方程，同時基於同構近似，將跨接VTSRK方程拓展到二元體系相平衡和單相區性質的計算，明顯改善了對近臨界區壓力-密度關係的描述精度。本項目的研究結果為ORC循環構建、系統設計和工質選擇方面提供了科學依據和理論基礎，對於跨臨界ORC的發展具有十分重要的指導意義，可為最大限度的利用可再生能源及中低品位餘熱資源實現熱功轉換提供科學支撐。本項目組在國家自然科學基金重點項目的資助下，順利完成了預定研究任務，發表SCI期刊論文65篇，EI期刊論文17篇；畢業博士研究生8人，碩士研究生1人。