论文总字数：30492字

摘 要

有机朗肯循环发电技术在回收利用中低品位热能领域有很强的优越性，本文设计了一套有机朗肯循环热电联产系统，对主要设备及管道设计选型，并给出详细计算过程。首先根据给定的冷、热源温度范围，比较几种不同有机工质的特点，最终选择了R123作为循环工质。选择BR0.05板式换热器作为蒸发器和冷凝器，各自分为液相区、两相区、气相区进行设计选型，经计算蒸发器总的换热面积分别为8.98m²，需要换热板180片，流程与流道布置为导热油侧为5流道，工质侧为3流道；冷凝器总的换热面积6.07m²，需要换热板120片，制冷剂侧2流道，冷却水侧4流道；选择了速度式涡旋膨胀机，设计工况下膨胀比为6.6，排气量为88.47m³/h；选择多级离心式泵作为工质泵，设计工况下压缩比为6.6，泵耗功为0.996kw；统一选择GB/T8163标准的钢管作为本系统的钢管材料，高温高压管道、高温低压管道，低温低压管道、低温高压管道对应的管口直径依次为15mm，50mm，15mm，15mm；最后进行了热源侧和冷源侧设计，并将系统排出的70℃左右的冷却水用于供热，实现了热电联产。

关键词：有机朗肯循环，热电联产，中低温余热

Abstract

The Organic Rankine Cycle power generation technology has a strong advantage in the field of low grade heat energy recovery. This paper designs a set of Organic Rankine Cycle cogeneration system, selects the design type of main equipment pipeline, and gives a detailed calculation process. First, according to the given temperature range of cold and heat source, the characteristics of several different organic working materials were compared. Finally, R123 was selected as a cyclic working material. The BR0.05 plate heat exchanger was selected as the evaporator and condenser, each of which was divided into liquid phase zone, two-phase zone, and liquid phase zone for design selection. After calculating, the total heat transfer area of the evaporator was 8.98 m², 180 heat exchanger plates were required; The total heat transfer area of the condenser is 6.07 m², and 120 heat transfer plates are required; The speed type vortex expansion machine was selected, the expansion ratio was 6.6 under the design conditions, and the displacement was 88.47 m³/h; Select multistage centrifugal pump as working mass pump, the compression ratio is 6.6 under design conditions.

Key words: Organic Rankine Cycle, cogeneration, low and medium temperature afterheat

目录

摘要 I

Abstract II

目录 i

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 本文研究任务 2

第二章 ORC技术特点与系统建模 1

2.1 ORC工作原理 1

2.2 系统主要部件建模 2

2.2.1 蒸发器模型 2

2.2.2 膨胀机模型 3

2.3 系统设计参数优化 7

2.3.1 蒸发温度对系统循环效率的影响 7

2.3.2 冷凝温度对系统循环效率影响 8

2.3.3 膨胀机膨胀比对等熵效率的影响 8

2.3.4 工质泵压缩比对等熵压缩效率的影响 9

2.3.5 ORC系统工质状态参数 10

第三章 系统主要部件设计选型 12

3.1 蒸发器选型计算 12

3.1.1 蒸发器型号选择 12

3.1.2 换热面积和流速 12

3.1.3 预热段设计选型 14

3.1.4 蒸发段设计选型 14

3.1.5 过热段设计选型 15

3.2 膨胀机选型计算 16

3.3 冷凝器选型计算 16

3.3.1 冷凝器基本参数确定 17

3.3.2 预冷段设计选型 18

3.3.3 冷凝段设计选型 19

3.3.4 过冷段设计选型 20

3.4 工质泵选型计算 20

3.5 管道设计选型 21

3.5.1 管材选取 21

3.5.2 管道的设计计算 21

第四章 系统热源侧设计 23

4.1 传热介质 23

4.2 热源系统设计 23

第五章 系统冷源侧设计与系统 24

5.1 冷源侧设计 24

5.1.1 冷却水回路 24

5.1.2 冷却水泵选型 24

5.2 系统简介 24

第六章 系统测试与电路控制 26

6.1 系统测试 26

6.2 电路控制 26

第七章 总结 27

7.1 结论 27

7.2 不足与展望 27

致谢 28

参考文献 29

绪论

研究背景及意义

有机朗肯循环是近年来全球兴起的一门新的发电技术，利用环境友好型的低沸点有机物作为工质，可充分回收利用低品位热能。有机朗肯循环发电技术既能增加能源的多级利用，提高能量转化效率，节约能源，同时又对环境有积极保护作用，是一门应用前景很广的技术。本文将利用有机朗肯循环发电技术设计一套有机朗肯循环热机系统，为工程建设提供技术支持。

从中国能源结构上来看，尽管近年来已对能源结构进行调整，但是从总的能源消费结构了上看，能源结构中煤依然稳居首位，并且占据很大比例，石油和天然的比例在不断增加，化石燃料依然是能源利用中的主体部分，能源利用结构存在较大弊端。首先如果不对能源利用结构进行调整，中国将面临能源短缺问题。此外，中国的煤资源储量丰富，但是开采难度大，且分布不均，可利用率相对较低，石油和天然气储量不足，人均水平还不到世界平均水平的一半。近十年以来中国能源消费总量极大，增幅更是惊人，远高于世界平均水平。此外，化石燃料的大量使用会排放、、和烟尘颗粒等污染物，严重影响环境。目前中国的环境形势已经非常严峻，有超过20%城市、、等已经超标，很多工业城市时常出现雾霾天气，由于煤的大量使用，全国排放量更是居于世界首位，环境污染已经成为海内外人士津津乐道的话题。除了会对环境造成破坏，大量开采化石能源还会破坏地质结构，甚至可能会引发地质灾害，一定程度上威胁着人类的生存。

所以中国目前极大程度依赖于化石能源，在化石能源的开采利用上面临着重大挑战，环境污染问题更是不容乐观。不断发展新技术，开采利用地热能、水能、太阳能、风能等等可再生能源和清洁能源，同时提高能源利用率是当前能源利用中的最佳途径。

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