朗肯循環(huán)方案設(shè)計

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1、有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計一、有機朗肯循環(huán)簡介有機朗肯循環(huán)利用100-350℃的廢氣作為熱源在換熱器中加熱朗肯循環(huán)工質(zhì)，朗肯循環(huán)工質(zhì)在換熱器中蒸發(fā)為高壓蒸氣，該蒸氣推動低速氣動馬達輸出動力，低速氣動馬達的設(shè)計轉(zhuǎn)速為1000r/min。通過液力變矩器直接將動力輸出至壓縮機曲軸。該系統(tǒng)可以在減小氣耗的前提下達到同樣的輸出氣量。最為關(guān)鍵的是這部分機械能為隨時起停壓縮機提供了動力和裝置。二者聯(lián)合運行可以極大地減少燃氣消耗量。朗肯循環(huán)工質(zhì)高壓蒸氣在低速氣動馬達中做功后壓力降低，成為低壓蒸氣，然后進入冷凝器放熱后成為低壓液體，低壓液體經(jīng)過工質(zhì)儲存罐后經(jīng)流量泵加壓，然后再進入換

2、熱器。冷凝器為空冷式，采用引風(fēng)機抽引常溫空氣，以加強換熱效果。二、換熱器設(shè)計81.每月廢氣能夠提供的總能量假設(shè)每月由燃氣式天然氣壓縮機產(chǎn)生987.5噸320℃、含水的廢氣，所能提供的總能量由廢氣溫差放熱和水的相變放熱兩部分組成。假設(shè)換熱器中廢氣側(cè)壓力為1atm，廢氣放熱后出口溫度為30℃。假設(shè)甲烷在空氣中完全燃燒，則天然氣燃燒過程可以近似表示為[1]：CH4+2O2+7.52N2?CO2+2H2O+7.52N2由化學(xué)反應(yīng)方程可得廢氣中CO2、H2O、N2的體積濃度為0.095、0.19、0.715，經(jīng)計算可以得到三種成分相對應(yīng)的質(zhì)量濃度分別為0.09117、

3、0.07091、0.837925。987.5噸/月320℃廢氣的理論放熱量為518170.5MJ/月，即放熱功率為200kW。1500噸/月、500噸/月320℃廢氣的理論放熱量為787094.4MJ/月、262364.8MJ/月。2.制冷劑選擇可以選擇氟利昂作為朗肯循環(huán)工質(zhì)。氟利昂的優(yōu)點：無毒，不燃燒，對金屬不腐蝕；絕熱指數(shù)小，因而排氣溫度低；具有較大的分子量，適用于離心式制冷壓縮機。8其缺點是：部分制冷劑（如R12）的單位容積制冷量較小，因而制冷劑的循環(huán)量大；密度大，流動阻力較大；吸水性差，所以，系統(tǒng)必須保持干燥；價格較貴，極易滲漏又不易被發(fā)現(xiàn)。由于采用

4、空氣冷卻式冷凝器，所以，工質(zhì)的冷凝溫度至少應(yīng)比當(dāng)?shù)叵募咀罡呷掌骄鶜鉁馗?~5℃左右。假設(shè)當(dāng)?shù)叵募救掌骄鶞囟茸罡邽?5℃，則所選用工質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)沸點應(yīng)高于28℃。可以考慮選用的工質(zhì)有如下幾種：（1）R30，二氯甲烷，CH2Cl2，標(biāo)準(zhǔn)沸點40.7℃，凝固溫度-96.7℃；R30，高毒性，中等可燃。（2）R10，四氯化碳，CCl4，標(biāo)準(zhǔn)沸點76.7℃，凝固溫度-22.9℃。R10，高毒性，不可燃。（3）R123，二氯三氟乙烷，CHCl2CF3，標(biāo)準(zhǔn)沸點27.9℃，凝固溫度-107℃。R123，高毒性，不可燃。本計算中選用R123作為工質(zhì)。1.換熱器類型8換熱器采用燃

5、氣式天然氣壓縮機廢氣加熱R123，得到R123蒸氣。換熱器設(shè)計采用直接蒸發(fā)式，非滿液型，采用翅片管結(jié)構(gòu)。選用Φ12mm的銅管，肋片采用鋁，繞片管式肋片。肋片厚度0.2mm，肋高度為10mm，肋間距4mm。銅管正方形順排布置，管間距S=25mm。肋片管束外廢氣側(cè)的放熱系數(shù)按下式計算[２]：式中，順排，圓肋片Ｃ＝0.104,　n=0.72;為肋片間距；為廢氣的運動粘度，m2/s；為換熱器迎風(fēng)面積，m2；為銅管水平方向間距，m；為肋片厚度，m；h為肋片高度，m。公式中，定性溫度為管束中液體的平均溫度，特征速度為管束最窄截面處流體的流速，特征尺度為肋片管間距?！　U

6、氣平均溫度為175℃，查得煙氣的，，，。假設(shè)廢氣在換熱器進口處的流速為１m/s。銅管套片后的管外徑為銅管內(nèi)徑　8當(dāng)量直徑　最窄截面處空氣流速　廢氣側(cè)的雷諾數(shù)　廢氣側(cè)當(dāng)量表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)　　987.5噸/月320℃廢氣的放熱功率為200kW。假設(shè)換熱器的蒸發(fā)負(fù)荷為180kW。設(shè)R123質(zhì)量流速為140kg/(m2·s)。27.9℃時，R123的潛熱為170.6kJ/kg。設(shè)R123進入蒸發(fā)器時的干度x1=0.16，出蒸發(fā)器時的干度為x2=1.0。則R123的流量為：kg/sR123的總流通截面積m2每根管的有效流通截面積m2蒸發(fā)器的分路數(shù)取Z=90可設(shè)計三組該種換

7、熱器，每組蒸發(fā)器的分路數(shù)為30組。8每一分路的R123流量kg/sR123在管內(nèi)蒸發(fā)時表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)可按下式計算：以肋側(cè)總表面積為基準(zhǔn)的傳熱系數(shù)為外表面熱流密度為傳熱系數(shù)K=31所需的傳熱面積實際所需翅片管總長為l=288m1.冷凝器采用空氣冷卻式冷凝器，它由幾組蛇形盤管組成，以空氣作為冷卻介質(zhì)。由于管外空氣側(cè)的對流換熱系數(shù)較小，所以在盤管外加肋片，以增加空氣側(cè)的傳熱面積，同時采用風(fēng)機加速空氣的流動，以增強空氣側(cè)的傳熱效果[3]。8朗肯循環(huán)工質(zhì)蒸氣從上部的分配集管進入蛇形管中，冷凝的液體沿管子流下，由下部排出。空氣冷卻式冷凝器的優(yōu)點是不用冷卻水，因此特別適用于

8、缺乏水源的地區(qū)。空氣冷卻式冷凝器廣泛應(yīng)用于中、小型氟