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研究生學(xué)位畢業(yè)論文開題報(bào)告
開題報(bào)告是訓(xùn)練研究生科研能力與學(xué)術(shù)作品撰寫能力的有效的實(shí)踐活動(dòng)，下面是小編搜集整理的研究生學(xué)位畢業(yè)論文開題報(bào)告，供大家閱讀參考。
一、選題的背景及研究的目的和意義
1.1選題背景
我國(guó)是一個(gè)能源生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展導(dǎo)致能源需求的快速增長(zhǎng)[1]。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2014年2月22日發(fā)布的《中華人民共和國(guó)2013年國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，我國(guó)2013年全年能源消費(fèi)總量37.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增長(zhǎng)3.7%。煤炭消費(fèi)量增長(zhǎng)3.7%;原油消費(fèi)量增長(zhǎng)3.4%;天然氣消費(fèi)量增長(zhǎng)13.0%;電力消費(fèi)量增長(zhǎng)7.5%。這表明，我國(guó)己成為世界上煤炭一次性能源等消耗最大的國(guó)家，是世界上能源消耗的第二大國(guó)。因此，合理利用能源，節(jié)約能源，降低排放己經(jīng)成為我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略方針之一[2]。
目前，火電廠綜合效率低下的原因之一就是將機(jī)組中做完功的乏汽排入凝結(jié)器后，其熱量被循環(huán)水帶走，然后通過(guò)冷卻塔排入大氣或隨循環(huán)水排入江河，低溫余熱被大量浪費(fèi)，造成非常大的冷源損失[3]，隨低溫水排放掉的乏熱約占總損失的55 %一60 %[4]。我國(guó)能源利用率僅為33%，節(jié)能空間和潛力很大[5]。能源利用效率的低下，意味著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展必然以消耗大量的一次性能源作為代價(jià)，使得我國(guó)本就十分嚴(yán)峻的石化能源形勢(shì)更加雪上加霜，也不符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，并且大量的能源消耗以及較低的能源利用效率，必將造成巨大的熱排放與熱污染，粉塵、硫氧化物和氮氧化物的排放會(huì)造成空氣污染加劇，二氧化碳的排放會(huì)造成溫室效應(yīng)等。根據(jù)我國(guó)“十二五”發(fā)展規(guī)劃，燃煤火電機(jī)組新開工容量估計(jì)為3億kW ,2015年發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到14. 36億kW，其中火電裝機(jī)容量將到達(dá)9. 33億kW。在這些機(jī)組中，除了北方部分非常缺水的地區(qū)使用空冷，多數(shù)機(jī)組都是采用循環(huán)水冷卻排汽。在燃煤火電機(jī)組裝機(jī)容量增添的進(jìn)程中，碳排放總量也會(huì)隨之增添，二氧化硫等污染物的排放量也將有較大幅度的增添，如果能對(duì)循環(huán)水中熱量加以利用，提高能源綜合利用效率，必定會(huì)節(jié)省石化能源的使用量，做到環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、能源等多贏的局面[6]。
由于正常情況下循環(huán)水的溫度比較低(一般冬季20-35℃)，達(dá)不到直接供熱的要求，要用其供熱，必須想辦法適當(dāng)提高其溫度。中小型凝汽式汽輪機(jī)可以通過(guò)降低排汽缸真空從而提高循環(huán)水溫度(60-80℃)的方法進(jìn)行供熱，即低真空運(yùn)行循環(huán)水供熱，該技術(shù)在理論上可以實(shí)現(xiàn)很高的能源利用效率，國(guó)內(nèi)外都有很多研究和成功運(yùn)行的實(shí)例，技術(shù)已很成熟，特別在我國(guó)一些北方城市得到了廣泛的應(yīng)用與推廣。但傳統(tǒng)的低真空運(yùn)行機(jī)組類似于熱電廠中的背壓機(jī)組，其通過(guò)的蒸汽量決定于用戶熱負(fù)荷的大小，所以發(fā)電功率受用戶熱負(fù)荷的制約，不能分別地獨(dú)立進(jìn)行調(diào)節(jié)，即其運(yùn)行也是‘以熱定電’，因而只適用于用戶熱負(fù)荷比較穩(wěn)定的供熱系統(tǒng)。另外，機(jī)組低真空運(yùn)行須對(duì)機(jī)組結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改造，僅適應(yīng)于小型機(jī)組和少數(shù)中型機(jī)組，對(duì)現(xiàn)代大型機(jī)組則是完全不允許的。在具有中間再熱式汽輪機(jī)組的大型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，凝汽壓力過(guò)高會(huì)使機(jī)組的末級(jí)出口蒸汽溫度過(guò)高，且蒸汽的容積流量過(guò)小，從而引起機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng)，危及運(yùn)行安全。大型汽輪機(jī)組的循環(huán)冷卻水進(jìn)口溫度一般要求不超過(guò)33℃(相應(yīng)的出口溫度在40℃左右)，如果供熱溫度在此范圍之內(nèi)，則機(jī)組結(jié)構(gòu)不需作任何改動(dòng)，且適應(yīng)于任何容量和類型的機(jī)組。但目前適應(yīng)于該溫度范圍的供熱裝置只有地板低溫輻射采暖，因此其應(yīng)用范圍受到比較大的限制[7]。
提高電廠循環(huán)水溫度用于供熱的另一個(gè)方法是采用熱泵技術(shù)，即以電廠循環(huán)冷卻水
為低位熱源、利用熱泵技術(shù)提取其熱量后向用戶供熱。電廠循環(huán)水與目前常用的熱泵熱源相比，具有熱量巨大、溫度適中而穩(wěn)定、水質(zhì)好、安全環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是一種優(yōu)質(zhì)的熱泵熱源。以電廠循環(huán)水作為熱泵低位熱源進(jìn)行供熱，可以方便靈活的實(shí)現(xiàn)供熱量與用戶需求之間的質(zhì)”與量”的匹配，也不會(huì)對(duì)發(fā)電廠原熱力系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響[8]。利用熱泵裝置回收循環(huán)冷卻水余熱返回?zé)崃ο到y(tǒng)中用于加熱凝結(jié)水，可以減少相應(yīng)低壓加熱器的抽汽消耗量，從而增加電廠的發(fā)電量，降低電廠的發(fā)電煤耗值，提高電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此電廠循環(huán)水水源熱泵是回收利用電廠循環(huán)水余熱進(jìn)行供熱的一種較理想方式。
1.2 研究目的和意義
為了利用電廠中產(chǎn)生的大量溫度高于環(huán)境溫度10度左右的低溫循環(huán)冷卻水，從提高系統(tǒng)熱力學(xué)完善性出發(fā)，選用第一類吸收式熱泵，分析其循環(huán)機(jī)理，在此基礎(chǔ)上以300MW機(jī)組為例，進(jìn)行熱力計(jì)算，分析其經(jīng)濟(jì)性。
通過(guò)采用熱泵技術(shù)，部分的利用冷卻系統(tǒng)的工藝循環(huán)冷卻水，提取冷卻水的余熱，降低冷卻水的溫度，實(shí)現(xiàn)對(duì)余熱的回收利用，將余熱能源轉(zhuǎn)換為可有效利用的能源，節(jié)約工藝中蒸汽能源的消耗，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，保護(hù)環(huán)境的同時(shí)，為企業(yè)創(chuàng)造直接的經(jīng)濟(jì)效益[9]。
二、本選題研究領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)
2.1國(guó)外研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)
歐美、日木在余熱回收方面的研究己經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，自1973年的能源危以來(lái)各國(guó)對(duì)能源問(wèn)題都給予了高度重視。
1976 年，美國(guó)B.C.L.(Battele Columber Labs)就提出概念并進(jìn)行市場(chǎng)預(yù)測(cè)，確信利用吸收式熱泵回收余熱技術(shù)技術(shù)有實(shí)用價(jià)值[10]。美國(guó)費(fèi)城郊區(qū)，面積為407畝的Crozer-Chester醫(yī)療中心有25棟大樓，安裝了一套能源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。此系統(tǒng)的一部分利用一臺(tái)工業(yè)熱泵將來(lái)自該醫(yī)療中心的空調(diào)機(jī)房的廢熱轉(zhuǎn)移到洗衣房用的熱水中，單獨(dú)此一設(shè)施在十年內(nèi)將節(jié)省超過(guò)50萬(wàn)美元[11]。美國(guó)賓夕法尼亞州Bell電話公司的一座電話轉(zhuǎn)換中心利用熱泵吸取來(lái)自270冷噸的空調(diào)系統(tǒng)的冷卻裝置所聚集的廢熱，在10年的分析周期內(nèi)將每年節(jié)省27000萬(wàn)美元[12]。日本三洋公司1981年以來(lái)就已經(jīng)為日本和世界各地建立了20多套2000- 5OOOkW規(guī)模的AHT裝置，大多用于回收石化企業(yè)蒸餾塔頂有機(jī)蒸汽的熱量[13]。至今為止，先期建立的裝置己經(jīng)成功運(yùn)轉(zhuǎn)十多年。他們利用溟化鏗/水單級(jí)熱泵回收工業(yè)廢熱，將鍋爐給水由93℃升高到117℃，且己經(jīng)成功應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，其應(yīng)用裝置總數(shù)占世界一半以上[14]。
近年來(lái)，熱泵的發(fā)展取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。Vander Pal[15]等人研發(fā)了一種壓縮/吸收混合式熱泵機(jī)組，將低于100℃的工業(yè)廢熱進(jìn)行提升，對(duì)混合式熱泵建立模擬計(jì)算模型并進(jìn)行實(shí)測(cè)驗(yàn)證，結(jié)果顯示當(dāng)壓縮機(jī)位于蒸發(fā)器和吸附反應(yīng)器之間時(shí)，其對(duì)機(jī)組能效的影響顯著大于壓縮機(jī)位于吸附反應(yīng)器和冷凝器之間時(shí)，后者與純粹熱驅(qū)動(dòng)機(jī)組相比能效幾乎相同，充分證明了研究系統(tǒng)內(nèi)各部件之間相互影響的重要性。Miyazaki[16]等人提出了一種雙蒸發(fā)器吸收式制冷機(jī)，這一新型制冷機(jī)由2個(gè)蒸發(fā)器、1個(gè)冷凝器和3個(gè)吸收器組成，蒸發(fā)和吸收同時(shí)在2個(gè)不同的壓力下進(jìn)行，可以擴(kuò)大濃縮和稀釋過(guò)程中吸附質(zhì)的濃度變化范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在給定條件下雙蒸發(fā)器吸收式機(jī)組的性能系數(shù)是普通機(jī)組的3.4倍。Christian Keil[17] 等研究了吸收式熱泵在低溫集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用。
2.2國(guó)內(nèi)研究動(dòng)態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)的余熱回收發(fā)展較國(guó)外要晚一些，回收利用的余熱主要是煙氣的顯熱和生產(chǎn)過(guò)程中排放的可燃?xì)�，低溫余熱利用還處于起步階段。而且我國(guó)在余熱(特別是低品位的余熱)回收方面，還主要是采用壓縮式熱泵的方式。在吸收式熱泵應(yīng)用方面還很落后。近幾年來(lái)，有不少人對(duì)利用吸收式熱泵技術(shù)回收余熱進(jìn)行了大量的研究。
大連三洋制冷有限公司的肖永勤[18]提出利用溴化鋰吸收式熱泵回收地?zé)嵛菜鄰U熱為油田作業(yè)區(qū)提供采暖水方案，用一臺(tái)溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組取代原3臺(tái)蒸汽鍋爐，投入使用2個(gè)采暖季后，節(jié)約燃?xì)赓M(fèi)用121萬(wàn)元，節(jié)能率達(dá)原系統(tǒng)能耗的46%。
東北電力大學(xué)的周振起[19]對(duì)用熱泵裝置回收循環(huán)冷卻水余熱再加熱鍋爐進(jìn)風(fēng)進(jìn)行研究，可以減少輔助蒸汽用量，也可減少抽汽消耗量，從而提高電廠的熱經(jīng)濟(jì)性。
華電電力科學(xué)研究院的周崇波[20]等人對(duì)已經(jīng)投產(chǎn)的125MW等級(jí)火電廠以及300MW等級(jí)火電廠采用大型吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱用于城市集中供熱的余熱回收利用系統(tǒng)進(jìn)行性能測(cè)試，得出熱網(wǎng)水回水溫度升高，驅(qū)動(dòng)蒸汽壓力減少等造成的劣行影響大于相應(yīng)參數(shù)反方向變化帶來(lái)的良性影響，且驅(qū)動(dòng)蒸汽對(duì)制熱量及回收余熱量的影響要大于熱網(wǎng)水與余熱水的影響。
河北省電力研究院的郭江龍[21]利用電能的換熱系數(shù)來(lái)討論壓縮式熱泵和吸收式熱泵兩種系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于指導(dǎo)熱泵選型具有重要意義。
呂太、劉玲玲[22]根據(jù)大唐第三熱電廠的實(shí)際情況，對(duì)將工業(yè)抽汽、工業(yè)抽汽與采暖抽汽、采暖抽汽作為驅(qū)動(dòng)熱源這三種情況進(jìn)行分析，進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算。
吳星[23]等人研究發(fā)現(xiàn)循環(huán)水供熱由于供回水溫差較小(10-15℃)，同樣供熱負(fù)荷下較城市熱網(wǎng)需要更大的管網(wǎng)投資和水泵電耗。因此，循環(huán)水供熱的適用范圍為電廠周邊半徑3-5km。
西安交通大學(xué)的孫志新[24]建立了電廠循環(huán)水水源熱泵的數(shù)學(xué)模型，分析了凝汽器溫度對(duì)熱泵蒸發(fā)溫度和制熱系數(shù)等主要參數(shù)的影響，并計(jì)算得到熱泵供熱優(yōu)于抽汽供熱的臨界參數(shù)。
華電電力科學(xué)研究院的王寶玉[25]根據(jù)熱泵系統(tǒng)的冷凝器取代低壓加熱器的循環(huán)方式，以3臺(tái)額定負(fù)荷分別為200MW,300MW,600MW機(jī)組為例，進(jìn)行節(jié)能分析，該方式能夠簡(jiǎn)化電廠加熱系統(tǒng)，是系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能的重要途徑。
清華大學(xué)基于吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱的供熱技術(shù)先后在內(nèi)蒙古赤峰及山西大同等電廠實(shí)施，大大提高了其供熱能力[26]。北京、山西等地的多家電廠采用吸收式熱泵機(jī)組吸取循環(huán)水余熱用于供熱的實(shí)踐工程已經(jīng)取得了良好的企業(yè)效益和社會(huì)效益，在節(jié)能與環(huán)保方面率先垂范，如大同某電廠的余熱利用項(xiàng)目年節(jié)水效益331.2萬(wàn)元，年節(jié)約標(biāo)煤6.8萬(wàn)噸，年二氧化碳減排17萬(wàn)噸[27]。
中油遼河公司的金樹梅[28]結(jié)合工程實(shí)例，比較了鍋爐供暖與吸收式熱泵供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，得出熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)于前者。
葉學(xué)民[29]以超臨界660WM機(jī)組為例，利用等效焓降法計(jì)算分析吸收式熱泵的經(jīng)濟(jì)性。
西山煤電集團(tuán)劉振宇[30]根據(jù)燃煤電廠熱電聯(lián)廠集中供熱中存在利用率低的現(xiàn)狀，分別討論了幾種不同的乏汽余熱回收供熱的技術(shù)路線。
三、本選題擬主要研究的內(nèi)容及采取的研究方案、技術(shù)路線
3.1研究的主要內(nèi)容
(1)根據(jù)吸收式熱泵的理論循環(huán)過(guò)程，找出循環(huán)過(guò)程中各典型狀態(tài)點(diǎn)，通過(guò)查閱資料，分析熱泵實(shí)際循環(huán)中的影響因素;
(2)以熱泵系統(tǒng)各換熱器為關(guān)鍵部件，建立吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱的分析與計(jì)算模型;
(3)以300MW供熱機(jī)組為例，對(duì)機(jī)組的系統(tǒng)能效進(jìn)行計(jì)算與分析;
3.2研究方案
吸收式熱泵可以分為輸出熱的溫度低于驅(qū)動(dòng)熱源的第一類吸收式熱泵(增熱型)和輸出熱的溫度高于驅(qū)動(dòng)熱源的第二類吸收式熱泵(升溫型)，在熱電廠循環(huán)水余熱利用時(shí)，適合采用第一類吸收式熱泵。本選題以溴化鋰吸收式熱泵為對(duì)象，通過(guò)了解工質(zhì)的性質(zhì)，分析吸收式熱泵系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程，假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡和穩(wěn)定流動(dòng)流動(dòng)狀態(tài)，蒸發(fā)器和冷凝器出口工質(zhì)為飽和狀態(tài)，吸收器發(fā)生器出口的溴化鋰溶液為飽和溶液，不計(jì)換熱器換熱損失，節(jié)流閥內(nèi)為絕熱節(jié)流過(guò)程，不計(jì)熱網(wǎng)水物性參數(shù)變化，對(duì)系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型，求出各換熱器的換熱量以及系統(tǒng)的熱力系數(shù)，并且在機(jī)組供熱量情況下，分別從機(jī)組供熱能力充足和供熱能力不足兩方面討論熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。
3.3技術(shù)路線
(1)根據(jù)溴化鋰溶液的焓-濃度圖或溴化鋰水溶液的比焓值計(jì)算方程，確定熱泵系統(tǒng)各典型狀態(tài)點(diǎn)的焓值;
(2)以熱泵系統(tǒng)各換熱器為關(guān)鍵部件，建立吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱的模型，根據(jù)熱平衡列出各換熱器的熱負(fù)荷方程，由各狀態(tài)點(diǎn)的焓值，求得各具體換熱部件的換熱負(fù)荷，再由整個(gè)系統(tǒng)的熱平衡方程式求出系統(tǒng)的熱力系數(shù);
(3)在供熱負(fù)荷和蒸汽初終參數(shù)不變的情況下，求出供暖抽汽量和熱泵驅(qū)動(dòng)熱源抽汽量，在供熱不足的情況下直接以熱泵回收的循環(huán)水余熱量討論經(jīng)濟(jì)性，在機(jī)組供熱充足的情況下，計(jì)算出安裝熱泵系統(tǒng)所節(jié)省的抽汽量，求出機(jī)組增加的功率，算出節(jié)省煤量，得出其節(jié)能收益;
四、本選題在研究過(guò)程中可能遇到的困難和問(wèn)題，提出解決的初步設(shè)想
可能遇到的困難和問(wèn)題：熱泵的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到很多因素的影響，使得模型的建立與計(jì)算十分困難。分析節(jié)能效益時(shí)，單純的從熱量角度出發(fā)，得到的結(jié)果可能與實(shí)際收益相差太大，能否找到一種相對(duì)準(zhǔn)確的評(píng)判其經(jīng)濟(jì)性的方法。
解決的初步設(shè)想：首先要熟悉并了解溴化鋰溶液的性質(zhì)及溴化鋰吸收式熱泵的工作原理，在對(duì)熱泵系統(tǒng)進(jìn)行建模時(shí)，忽略一些影響因素，做出一些理想假設(shè)。對(duì)于其節(jié)能效益的分析時(shí)，從供熱能力或供熱需求方面進(jìn)行探討。在遇到具體問(wèn)題要仔細(xì)查閱相關(guān)資料，向?qū)W長(zhǎng)和老師請(qǐng)教。
五、本選題研究的進(jìn)度安排及預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)
5.1研究的進(jìn)度安排
(1)20XX.09-20XX.10 了解課題，查閱資料，撰寫開題報(bào)告;
(2)20XX.11-20XX.01 完成開題報(bào)告，開始著手對(duì)熱泵系統(tǒng)建立模型;
(3)20XX.03-20XX.05 對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，完成小論文;
(4)20XX.06-20XX.07 中期答辯;
(5)20XX.09-20XX.03 撰寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備畢業(yè)答辯。
5.2預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)
(1)通過(guò)學(xué)習(xí)了解熱泵的原理和在電廠中的應(yīng)用;
(2)研究熱泵系統(tǒng)各部件換熱，對(duì)其進(jìn)行熱負(fù)荷計(jì)算并完成經(jīng)濟(jì)性分析;
(3)發(fā)表2-3篇較高水平論文;
(4)順利完成碩士研究生論文。
六、參考文獻(xiàn)
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