论文总字数：26791字

摘 要

为了在实际工程中更好地利用水泥余热资源，本文以5000t/d水泥熟料生产线余热资源为研究对象，选择了蒸汽朗肯循环系统和有机朗肯循环（ORC）系统，通过热平衡计算出发电功率、增压泵功率、热效率、㶲效率四个指标，分析各数据之间的关系，得到以下的结论：

1.蒸汽朗肯循环可根据窑头锅炉取风方式不同分为中部取风方案和尾部取风方案。分别计算各项参数，得出在计算的基准点时中部取风方案有技术优势。

2.选用有机工质R601与蒸汽朗肯循环中部取风方案做比较，可知ORC系统对比蒸汽朗肯循环系统有非常明显的技术优势。但ORC系统自耗电较高。

3.分别选择R245ca、R123、R601、R141b作为循环工质。计算后发现工质临界点越接近烟气温度，系统热效率越高，其中R601与R141b有明显优势。

综合分析和比较不同系统后，可以得到各系统的综合效益排序如下：ORC系统（R601）＞蒸汽朗肯循环系统（中部取风）＞蒸汽朗肯循环系统（尾部取风）＞ORC系统（R141b）。烟气温度越低，ORC系统的技术优势越明显。烟气温度越高，蒸汽朗肯循环系统技术优势就越明显。

关键词：水泥余热发电，有机朗肯循环，热效率，㶲效率

Abstract

In order to make better use of cement waste heat resources，this research focuses on the waste heat gas of 5000t/d cement plant, choosing two kinds of system：Steam Rankine Cycle system and Organic Rankine Cycle system, and comparing the advantage and the benefit according to the generator power, pump consumption power, thermal efficiency and exergy efficiency, and the conclusions are as followings:

1.According to the ways that the kiln boiler takes the wind, Steam Rankine Cycle system can be divided into middle tapping way and tail tapping way. It is concluded that middle tapping way has more advantage than tail tapping way at the reference point for calculation.

2.By calculating the result of ORC system which using organic material R601 and comparing it with middle tapping way of Steam Rankine Cycle system, it is concluded that ORC system has better result than Steam Rankine system. However ORC system has more pump consumption.

3.By calculating the result of ORC system which using organic material R601、R245ca、R123 and R141b, it is concluded that the system can reach higher efficiency when the organic material critical temperature is closer to the gas temperature. The organic material R601 and R141b has significant advantage.

Finally, the overall benefits of each system can be ranked as follows: ORC system(R601)＞Steam Rankine system(middle tapping)＞Steam Rankine system(tail tapping)＞ORC system(R141b). The ORC system has more advantage when the gas temperature is lower, and the Steam Rankine system has more advantage when the gas temperature is higher.

KEY WORDS: cement waste heat power generation, Organic Rankine Cycle, thermal efficiency, exergy efficiency

目 录

摘要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1余热资源介绍及利用 1

1.1.1工业余热资源简介 1

1.1.2余热资源的利用 1

1.2水泥余热资源介绍及利用 2

1.2.1水泥余热资源介绍 2

1.2.2水泥余热发电技术 4

1.3有机朗肯循环系统发电技术 5

1.3.1 ORC技术简介 5

1.3.2 ORC技术的研究现状 6

1.3.3 ORC工质的研究现状 7

1.4研究内容及目的 7

1.4.1主要内容 7

1.4.2研究目的 7

第二章 蒸汽朗肯循环水泥余热发电技术 8

2.1余热资源分析 8

2.1.1烧成窑头部分余热资源 8

2.1.2烧成窑尾部分余热资源 10

2.2烟气与工质热物性计算 10

2.3评价参数的选择及计算 11

2.4方案设计 13

2.4.1烟气取风方案 13

2.4.2计算条件设定 14

2.5结果分析 15

2.5.1发电功率比较 15

2.5.2增压泵功率比较 16

2.5.3热效率比较 16

2.5.4㶲效率比较 17

2.6本章小结 17

第三章 有机朗肯循环技术与蒸汽朗肯循环技术比较 18

3.1有机工质的选择 18

3.1.1有机工质分类 18

3.1.2有机工质优选原则 19

3.1.3初选工质及其性质 19

3.2 方案设计 20

3.3 结果分析 21

3.3.1发电功率比较 21

3.3.2增压泵功率比较 22

3.3.3热效率比较 22

3.3.4㶲效率比较 23

3.4本章小结 23

第四章 有机朗肯循环系统工质优化 24

4.1工质优化方案设计 24

4.2工质优化结果分析 25

4.2.1发电功率比较 25

4.2.2增压泵功率比较 25

4.2.3热效率比较 26

4.2.4㶲效率比较 26

4.3本章小结 27

第五章 结论与展望 28

5.1结论 28

5.2展望 28

致 谢 30

参考文献 31

第一章 绪论

1.1余热资源介绍及利用

1.1.1工业余热资源简介

纵观近现代社会发展历史，我们可以看到人类社会发展取得的一系列重大进步，都是站立在对能源综合利用的基础上的。对能源综合利用水平的高低，从某种方面来说，也可以反应出这个社会整体工业技术水平的高低和社会发展水平的高低。

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