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基于CO2循环的船舶余热联合系统评价及优化研究
| 论文题名： | 基于CO2循环的船舶余热联合系统评价及优化研究 |
| 关键词： | 船用低速二冲程柴油机;冷电联产;余热回收;热力学性能 |
| 摘要： | 节能减排、绿色环保是当前社会发展的主旨。在经济全球化背景下，船舶内燃机的频繁使用不仅加剧了化石能源的消耗，而且造成了大量污染物排放并引发一系列环境问题。鉴于船舶发动机排气能量的巨大回收潜力，采用余热回收技术回收这部分能量对于提高燃料利用率具有重要意义。本文在确定热源回收条件后，依照提出方案、评估方案和优化方案的顺序开展相关研究。 首先，以一台型号8S90ME-C10.2船用低速二冲程柴油机为目标对象，分析了柴油机各项损失随负荷变化的规律以及额定负荷下各损失能量占比情况，为进一步研究工作确定了具体条件。结果表明，发动机排气无论从能量数量还是能量品质上来看，都具有很大再利用价值。在100%负荷下，排气热损失和?损失占比分别是23.61%和20.88%。 同时，基于能量守恒的热力学定律建立了几种改进CO2循环与双效吸收式制冷循环的数值模型，并按照CO2循环回收高温段热源、制冷循环回收低温段热源的方式，得到了四种冷电联产余热方案。然后，计算了代表系统热力性、经济性和环境性的多项评价指标，并采取主客观相统一的评估方法对其进行综合比较。结果表明，联合回热超临界CO2循环与双效制冷循环的方案3拥有最高为0.3029的分数。 在评价出最佳方案后，分析了该方案运行参数对其循环性能的影响。结果表明，CO2循环最高压力、最高温度的升高有助于改善其热力学性能和经济性能。但压力过高时，膨胀过程焓差的增加已不明显而压缩机消耗功持续增加，因此降低了这两个性能的提升效果。循环最大输出功和最低发电成本分别是5987kW和0.074$/kWh。制冷性能方面，高压发生温度的降低、低压发生温度的增加均有利于提高制冷效果。制冷量和性能系数在研究范围内的最大值分别是8270kW、1.295。最后，借助粒子群算法及三种决策方法得到了系统最优参数及其对应的目标优化值。优化后系统的回收年限分别缩短了0.94、1.03和1.29年，同时环境影响也降低了13.31%、12.82%和9.90%。 |
| 作者： | 王智平 |
| 专业： | 动力工程及工程热物理 |
| 导师： | 欧阳天成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广西大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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