朗肯循环方案设计

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1、有机朗肯循环系统设计一、有机朗肯循环简介有机朗肯循环利用100-350℃的废气作为热源在换热器中加热朗肯循环工质，朗肯循环工质在换热器中蒸发为高压蒸气，该蒸气推动低速气动马达输出动力，低速气动马达的设计转速为1000r/min。通过液力变矩器直接将动力输出至压缩机曲轴。该系统可以在减小气耗的前提下达到同样的输出气量。最为关键的是这部分机械能为随时起停压缩机提供了动力和装置。二者联合运行可以极大地减少燃气消耗量。朗肯循环工质高压蒸气在低速气动马达中做功后压力降低，成为低压蒸气，然后进入冷凝器放热后成为低压液体，低压液体经过工质储存罐后经流量泵加压，然后再进入换

2、热器。冷凝器为空冷式，采用引风机抽引常温空气，以加强换热效果。二、换热器设计81.每月废气能够提供的总能量假设每月由燃气式天然气压缩机产生987.5吨320℃、含水的废气，所能提供的总能量由废气温差放热和水的相变放热两部分组成。假设换热器中废气侧压力为1atm，废气放热后出口温度为30℃。假设甲烷在空气中完全燃烧，则天然气燃烧过程可以近似表示为[1]：CH4+2O2+7.52N2®CO2+2H2O+7.52N2由化学反应方程可得废气中CO2、H2O、N2的体积浓度为0.095、0.19、0.715，经计算可以得到三种成分相对应的质量浓度分别为0.09117、

3、0.07091、0.837925。987.5吨/月320℃废气的理论放热量为518170.5MJ/月，即放热功率为200kW。1500吨/月、500吨/月320℃废气的理论放热量为787094.4MJ/月、262364.8MJ/月。2.制冷剂选择可以选择氟利昂作为朗肯循环工质。氟利昂的优点：无毒，不燃烧，对金属不腐蚀；绝热指数小，因而排气温度低；具有较大的分子量，适用于离心式制冷压缩机。8其缺点是：部分制冷剂（如R12）的单位容积制冷量较小，因而制冷剂的循环量大；密度大，流动阻力较大；吸水性差，所以，系统必须保持干燥；价格较贵，极易渗漏又不易被发现。由于采用

4、空气冷却式冷凝器，所以，工质的冷凝温度至少应比当地夏季最高日平均气温高3~5℃左右。假设当地夏季日平均温度最高为25℃，则所选用工质的标准沸点应高于28℃。可以考虑选用的工质有如下几种：（1）R30，二氯甲烷，CH2Cl2，标准沸点40.7℃，凝固温度-96.7℃；R30，高毒性，中等可燃。（2）R10，四氯化碳，CCl4，标准沸点76.7℃，凝固温度-22.9℃。R10，高毒性，不可燃。（3）R123，二氯三氟乙烷，CHCl2CF3，标准沸点27.9℃，凝固温度-107℃。R123，高毒性，不可燃。本计算中选用R123作为工质。1.换热器类型8换热器采用燃

5、气式天然气压缩机废气加热R123，得到R123蒸气。换热器设计采用直接蒸发式，非满液型，采用翅片管结构。选用Φ12mm的铜管，肋片采用铝，绕片管式肋片。肋片厚度0.2mm，肋高度为10mm，肋间距4mm。铜管正方形顺排布置，管间距S=25mm。肋片管束外废气侧的放热系数按下式计算[２]：式中，顺排，圆肋片Ｃ＝0.104,　n=0.72;为肋片间距；为废气的运动粘度，m2/s；为换热器迎风面积，m2；为铜管水平方向间距，m；为肋片厚度，m；h为肋片高度，m。公式中，定性温度为管束中液体的平均温度，特征速度为管束最窄截面处流体的流速，特征尺度为肋片管间距。　　废

6、气平均温度为175℃，查得烟气的，，，。假设废气在换热器进口处的流速为１m/s。铜管套片后的管外径为铜管内径　8当量直径　最窄截面处空气流速　废气侧的雷诺数　废气侧当量表面传热系数　　987.5吨/月320℃废气的放热功率为200kW。假设换热器的蒸发负荷为180kW。设R123质量流速为140kg/(m2·s)。27.9℃时，R123的潜热为170.6kJ/kg。设R123进入蒸发器时的干度x1=0.16，出蒸发器时的干度为x2=1.0。则R123的流量为：kg/sR123的总流通截面积m2每根管的有效流通截面积m2蒸发器的分路数取Z=90可设计三组该种换

7、热器，每组蒸发器的分路数为30组。8每一分路的R123流量kg/sR123在管内蒸发时表面传热系数可按下式计算：以肋侧总表面积为基准的传热系数为外表面热流密度为传热系数K=31所需的传热面积实际所需翅片管总长为l=288m1.冷凝器采用空气冷却式冷凝器，它由几组蛇形盘管组成，以空气作为冷却介质。由于管外空气侧的对流换热系数较小，所以在盘管外加肋片，以增加空气侧的传热面积，同时采用风机加速空气的流动，以增强空气侧的传热效果[3]。8朗肯循环工质蒸气从上部的分配集管进入蛇形管中，冷凝的液体沿管子流下，由下部排出。空气冷却式冷凝器的优点是不用冷却水，因此特别适用于

8、缺乏水源的地区。空气冷却式冷凝器广泛应用于中、小型氟