论文总字数：23002字

摘 要

我国是能源消耗大国，我们不能无节制地使用这些不可再生能源，所以，开发利用新能源，同时对普通能源的优化利用是时代所趋。本课题针对我国对不可再生能源的利用率较低，采用有机朗肯循环系统进行中低品位能源的回收，了解了有机朗肯循环系统的设备及运行流程，对其中冷凝器的做了具体设计，并最终设计出一台符合要求的管壳式冷凝器。

我们首先采用工质R124进行有机朗肯循环发电系统的热力计算，结果为净输出功为85.54，循环热效率为7.36％。在有机工质冷凝器的设计中，采用lt;1-2gt;型管壳式冷凝器设计，并使水在管程中流动，工质在壳程中流动，同时查阅书籍，查询获取必要的参数值，采用一般的管壳式换热器设计方法，成功设计出了一种管壳式冷凝器。先假设了换热系数与换热面积，最终进行校核，最后计算管程与壳程的阻力压降。结果为295.93，为315.35。

关键词：有机朗肯循环 冷凝器 性能分析

Design and performance analysis of organic working medium condenser

ABSTACT

China is a large energy consumption country, we can not use these non-renewable energy, so the development and utilization of new energy, at the same time to optimize the use of ordinary energy is the trend of The Times. Aiming at the low utilization rate of non-renewable energy in China, this project adopts the organic Rankine recycling system to recycle medium and low grade energy, understands the equipment and operation process of the organic Rankine recycling system, designs a specific condenser, and finally designs a tube and shell condenser that meets the requirements.

First, we use working medium R124 to perform thermodynamic calculation of organic Rankine cycle power generation system. The results show that the net output work is 85.54 and the cycle thermal efficiency is 7.36%. In the design of organic working medium condenser, a type of tube and shell condenser is designed by using lt;1-2gt; to make the water flow in the tube and working medium flow in the shell. First, the heat transfer coefficient and heat transfer area were assumed, and then checked. Finally, the resistance pressure drop of pipe and shell was calculated. The results show that K is 295.93 and F is 315.35.

Key Words:Organic Rankine Cycle ;Condenser;Performance analysis

目录

摘要…………………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………………II

第一章 绪 论 1

1.1 课题背景 1

1.2.有机朗肯循环发电系统概述 1

1.3 有机朗肯循环系统冷凝器研究概述 2

1.4 ORC冷凝器研究现状 2

1.5冷凝器的设计 3

1.5.1 热力设计 3

1.5.2 结构设计 3

1.6 本章小结 4

第二章 有机朗肯循环热力计算 6

2.1 有机工质的优选 6

2.2 热源温度及其他条件的预选取 6

2.3 有机朗肯循环热力计算 7

2.3.1 蒸发器热力计算 8

2.3.2 膨胀机热力计算 10

2.3.3 冷凝器热力计算 10

2.3.4 工质泵热力计算 12

2.3.5 净输出功与循环热效率的计算 12

2.4 不同工质的有机朗肯循环热力计算 12

2.5 本章小结 13

第三章 冷凝器的设计计算 15

3.1 原始数据与流体物性参数的获取 15

3.2 传热量及平均温差 16

3.3 预估传热面积及传热面尺寸 17

3.4 管程计算 20

3.5 壳程结构及壳程计算 20

3.6 需用传热面积的计算 23

3.7 阻力计算 24

3.7.1 管程阻力的计算 25

3.7.2 壳程阻力的计算 25

3.8 本章小结 26

第四章 冷却水水泵做功量的计算及经济分析 28

4.1 引言 28

4.2 冷却水泵的做功量 28

4.3 冷却水泵、冷却塔的成本及每年的维护成本 28

4.4 本章小结 29

第五章 冷凝器的造价及性能分析 30

5.1 引言 30

5.2 冷凝器UA值的分析 30

5.2.1 UA值的计算 30

5.2.2 与其他工质的对比分析 31

5.2.3 改变初始条件的对比分析 31

5.3 冷凝器的造价 32

5.4 本章小结 32

第六章 总结与展望 34

6.1 总结 34

6.2 展望 34

参考文献 35

致谢 38

绪 论

课题背景

随着我国综合国力的不断增强，经济社会的发展也日益迅速，这就会产生一些潜在的问题。我们对能源的使用过度，煤、石油、天然气等不可再生能源的储备有限[1]，从一定程度上遏制的我国的快速发展。我国是能源消耗大国，我们不能无节制地使用这些不可再生能源，所以，开发利用新能源，同时对普通能源的优化利用是时代所趋。节能减排和提高能源的利用率是重中之重，加强对这些能源二次利用，多使用新型能源如（地热能，太阳能，等）来替代这些传统能源[1]。在此背景下，有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle,ORC）技术[2]回收中低品位能源将会是我国能源研究的重点，需要引起社会的重视。

利用有机朗肯循环系统，将低品位热能转化为电能，进行最大限度的余热回收，这是改变我国能源现状的优解之一，这种方法既提高了能源的利用率，还减少了污染气体的排放，因此收到越来越多研究者的关注和重视[3]。可以说ORC技术存在大量的优点[4]，值得我们去分析。

1.2.有机朗肯循环发电系统概述

有机朗肯循环发电系统主要由膨胀机、冷凝器、工质泵、蒸发器、发电机等组成[5]。首先液态的有机工质进入蒸发器，在蒸发器中进行热量吸收，工质产生相变，由液态变为气态，再进入膨胀机中，气态工质做功带动发动机发电，然后到冷凝器中进行冷却，使其发生第二次相变，由气态变为液态，由工质泵加压再次运输到蒸发器中，这样就构成了一个循环[5]，从而实现对余热的回收[6]。基本的ORC系统如图1.1。

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