摘 要

我国有大量的余热资源未能及时回收利用，而有机朗肯循环利用有机工质可以将浪费的余热资源进行循环发电，从而提高能源的利用率，对我国的节能减排有重要意义。换热器是将热流体的热量传递给冷流体的节能设备，又称热交换器。本设计基于50kW低温有机朗肯循环发电系统，利用空气模拟系统余热热源，以水作为系统冷源，对该系统进行热力循环模拟，并且对系统中的重要部件冷凝器进行结构设计。本设计通过模拟有机朗肯循环系统，计算理论换热量，初步估算换热器的换热面积，经过迭代计算求出实际传热系数与换热面积。然后进过计算校核各部件的承受压力，选取合适的零部件完成整个换热器的装配。最终设计出了一个有效换热面积为21.2，型式为lt;1-2gt;型的有机工质R134a冷凝器。

关键词：有机朗肯循环 冷凝器 有机工质

Design of Condenser Based on Low Temperature Organic Rankine Cycle Power Generation System of 50kW

Abstract

China has a large number of waste heat resources can not be timely recycling, and organic recycling recycling organic recycling can be waste of waste heat resources for recycling, thereby enhancing the energy efficiency of China's energy-saving emission reduction is important. Heat exchanger is the heat of the heat fluid to the cold fluid energy-saving equipment, also known as heat exchangers. Based on the 50kW low temperature organic Rankine cycle power generation system, the thermal simulation of the system is carried out by using the waste heat source of the air simulation system and the water source as the system, and the structural design of the important components in the system is carried out. In this design, the heat transfer area of the heat exchanger is calculated by simulating the organic Langchen cycle system, and the actual heat transfer coefficient and heat transfer area are calculated by iteration calculation. And then go through the calculation of the components to check the pressure, select the appropriate parts to complete the entire heat exchanger assembly. And finally designed an effective heat transfer area of 21.2, type lt;1-2gt; type of organic workers R134a condenser.

Key word: Organic Rankine cycle, Shell-Tube heat exchanger, organic working fluid

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.1.1 我国能源利用现状 1

1.1.2余热资源定义 1

1.1.3余热资源的分类 1

1.1.4 研究意义 2

1.2国内外研究现状 3

1.3研究内容 4

第二章 有机朗肯循环模拟及管壳式换热器 5

2.1有机朗肯循环模拟 5

2.2热源各状态点参数 11

2.3冷源各状态点参数 12

2.4管壳式换热器计算 12

2.4.1 原始数据、传热量及平均温差 13

2.4.2管壳式热交换器结构计算 15

2.4.3传热面积校核 20

2.4.4阻力计算 21

2.5本章小结 23

第三章 结构设计及强度校核 25

3.1换热器外部设计 25

3.1.1壁厚的确定 25

3.1.2管箱法兰和垫片确定 25

3.1.3 箱壳体壁厚的确定 25

3.1.4 标准椭圆封头的厚度确定 26

3.2进出口的设计 26

3.2.1接管伸出长度 26

3.2.2排气、排液管 26

3.3 接管最小位置 27

3.3.1壳程接管位置的最小尺寸 27

3.3.2管箱接管位置的最小尺寸 27

3.4管板尺寸 27

3.5折流板尺寸 28

3.5.1 折流板缺口高度和最小厚度 28

3.5.2折流板和折流板孔径 28

3.5.3折流板直径及允许偏差 28

3.5.4折流板布置 28

3.6防冲板 29

3.7拉杆与定距管 29

3.8本章小结 29

第四章 结论 30

参考文献 31

致谢 33

附录 34

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1 我国能源利用现状

我国作为能源消耗大国，能源浪费问题阻碍了我国经济可持续绿色发展的脚步。工业的快速发展一方面给国民带来了良好的生活，另一方面也在慢慢破坏现在的生活条件。大量的废气排放给大气造成了严重的污染，PM2.5的严重超标给国民健康带来了严重的隐患。而且温室气体的大量排放还导致了全球气候变暖，这一问题也越来越受到国际社会的关注，国际大会上不止一次将节能减排提上议程。而我国作为能源消耗大国，提高能源利用率，减少对化石燃料的依赖，为了缓解温室效应，也为了国民的健康幸福，必须马上承担减少能源污染的义务。

与国外相比较而言，我国高耗能行业除了建筑、化工、水泥等行业之外，冶金、发电也是耗能大户。其产品单位能耗比国外高出25%~90%^[1]。虽然我国能源消耗量巨大，但是并不代表我国能源利用效率高，据统计我国能源利用率为 32 %左右，比先进国家低出30%~40% ^[2]。在环保的大背景下，回收余热资源，很大程度上能够促进经济的可持续发展，拉近与发达国家的差距，有效的缓解我国环境污染带来的危害。

1.1.2余热资源定义

余热资源，顾名思义就是工业或者生活中燃烧能源所剩余的热量，这部分热量有的伴随废气直接排入大气，有的经过环境冷却没能及时回收，如若能够及时回收可以避免浪费过多的资源。余热资源的数量是随着生产和科学技术水平的发展不断变化的^[3]。所以，如果能有效利用工业生产中的余热资源，就可以为节能减排打开重要突破口。如今，中高温余热已经开始被广泛利用，而低温余热却还在进一步地研究之中。

1.1.3余热资源的分类

余热资源主要来源于高温烟气、高温产品、冷却介质、可燃废气废液废料、废气废水及化学反应^[4]。余热资源一般存在于具有一定温度的气态、液态或固态载体中，具体分类方法如表1-1所示

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