朗肯循环方案设计.doc

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的热源朗肯循环朗肯循环通过液力变矩器直接将动力输出至压缩机曲轴。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减少燃气消耗量。朗肯循环 二、换热器设计 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 + 7.52 N2( CO2+ 2H2O + 7.52 N2 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、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787094.4 MJ/月、262364.8 MJ/月。 制冷剂选择 可以选择氟利昂作为朗肯循环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　 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/s R123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 可设计三组该种换热器，每组蒸发器的分路数为30组。 每一分路的R123流量 kg/s R123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=288m 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]。 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，因此特别适用于缺乏水源的地区。空气冷却式冷凝器广泛应用于中、小型氟利昂空调机组中。 空气冷却式冷凝器的传热系数k按下式计算： 式中 ——空气侧的放热系数， ——制冷剂侧的放热系数， ——空气侧的污垢热阻， ——管壁厚度，m ——管壁材料的导热系数， ——管外表面积，m2 ——管内表面积，m2 ——传热管的平均面积，m2 ——每米基管的可见面积，m2 空气冷却式冷凝器空气侧的放热系数按下式计算： 式中 C——系数，叉排管束，C=0.45，顺排管束，C=0.3 ——空气的导热系数， ——管子外径，m ——空气在最窄截面上的流速，m/s ——空气的运动粘度，m2/s Pr——对于空气，Pr = 0.71 空气冷却式冷凝器肋管外面的尘埃热阻可取为0.0003。 在氟利昂装置中，由于润滑油与氟利昂溶解，所以在计算时不考虑油膜热阻。 参考文献 [1]　华自强　张忠进　高青.　《工程热力学》第四版，高等教育出版社，2009.11. [2]　王志远.　《制冷原理与应用》，机械工业出版社，2009.2. [3]　岳孝方　陈汝东.　《制冷技术与应用》，同济大学出版社，1992.1. [4]