1.课题背景

余热资源的有效回收是提高能源利用率的重要手段，尤其是中低（100~250℃）余热资源利用问题越来越受到业界的重视。国内外低温工业余热资源占总余热资源的比重在50%及以上，因低温余热的利用难度相对较高，目前的回收利用率很低，尤其是低温烟气余热。工程上常见的烟气余热回收利用方式有：1)将烟气余热回收至锅炉热力系统内，提高系统燃烧效率，例如：加热锅炉补水(省煤器)、预热锅炉空气(空气预热器)；2)将烟气余热回收至系统外的热用户，另作他用，例如：加热供热系统回水、制备生活热水(余热锅炉)等^[2]。

有机朗肯ORC余热发电技术在低温余热利用领域有显著优势，但受热源温度低的限制，系统热效率较低。因此进行系统设备及性能的优化分析对系统效率的提升意义重大。低温余热利用发电是一种将低品位热能转换成电能的技术，其基本原理是以有机物代替水作为朗肯循环工质的有机朗肯循环，它不仅是转化利用低品位余热资源的有效手段，同时可应用于太阳能、地热能等发电系统。随着能源消耗量不断增大，环境污染日益严重，关于有机朗肯循环的研究也越来越多^[1]。

本课题针对低温烟气ORC余热发电系统中的蒸发器性能进行研究，采用热管式换热器作为烟气余热回收的蒸发器，研究有机工质热物性、蒸发压力与温度、换热器窄点温差、蒸汽过热度等对烟气余热的回收深度、蒸发器UA值、传热温差、传热面积、烟气侧和工质侧流动阻力和蒸发器成本的影响特性，获得低温烟气余热蒸发器技术经济性能优化计算方法。

2．低温余热有机朗肯循环发电技术简介

2.1有机朗肯循环发电系统及工作原理

有机朗肯循环系统主要由膨胀机、冷凝器、有机工质加压泵和蒸发器（换热器）四大部件组成^[3]，有机工质于蒸发器内被热源加热至高温高压气体状态，随后进入膨胀机经历非等熵过程膨胀做功，膨胀机通过皮带轮或者联轴器与发电机相连，将高压有机工质气体携带的机械能转化为电能输出；做功后的有机气体进入冷凝器与冷源对流换热，冷凝后的有机液体经过工质泵，压力提升至蒸发压力，随即返回蒸发器，重复等压蒸发过程，由此完成整个热力循环^[4]。

2.2有机工质选择

有机工质筛选的评判标准围绕安全环保性、热力学性能与经济性三个方面，不同类型和温度的热源所适用的工质也不同^[5]。李慧君^[6]等通过有机朗肯循环回收工业余热，研究不同热源温度段的有机工质选取原则。结果表明: 当热源温度为100℃ ～ 180℃ 时，R123、R141b 适用于较低的进汽压力，R142b 适于中高压力; 当热源温度为 180℃ ～ 280℃ 时，苯和甲苯适用 于较低的进汽压力，R141b 适于中高压力。Yamamoto ^[7]等以水蒸汽和 R123 为循环工质研究低品位余热利用ORC循环，并对两种工质系统进行模拟分析，实验结果表明，工质R123 明显优于水蒸汽; 韩中合^[8]等比较了R123 等 6 种工质在不同蒸发温度下的性能，认为在选定热源温度 100℃ ～ 150℃ 时，R141b具有较高的热效率和较低的总不可逆损失，但就环保性而言，烷类工质更优。