有机朗肯循环供热锅炉烟气余热回收发电系统设计

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1、硕士学位论文（工程硕士）有机朗肯循环供热锅炉烟气余热回收发电系统设计ORGANICRANKINECYCLESYSTEMDESIGNFORHEATINGBOILERFLUEGASWASTEHEATRECOVERYANDPOWERGENERATION闫倩婷哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TU833.1学校代码：10213国际图书分类号：697密级：公开工程硕士学位论文有机朗肯循环供热锅炉烟气余热回收发电系统设计硕士研究生：闫倩婷导师：王文宇副教授申请学位：工程硕士学科：建筑与土木工程所在单位：建筑学院

2、答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU833.1U.D.C:697DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringORGANICRANKINECYCLESYSTEMDESIGNFORHEATINGBOILERFLUEGASWASTEHEATRECOVERYANDPOWERGENERATIONCandidate：YANQiantingSupervisor：AssociateProf.WangWenyuAcademicDegr

3、eeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ArchitectureandCivilEngineeringAffiliation：SchoolofArchitectureDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要目前国内外能源形势日趋严峻，我国能源利用率低、结构不合理，表现为煤炭仍然是主要能源且短时间内无法被完全替代、

4、工业余热余压体量巨大却未能有效利用等，所以开展工业领域低温余热利用技术研究工作对节能、减排、降耗意义重大。由于供热燃煤工业锅炉个体小、分布广，使得余热回收潜力小、经济性差，因此相关研究较少；现有余热回收技术又不能很好的对这部分低温余热加以利用，造成了严重的能源浪费。近年来在国家政策指引下，供热锅炉开始向集中化、大型化发展，可回收的低温废热增多，如何有效回收余热的问题变得更为紧迫。本课题为此对沈阳市90MW供热燃煤工业锅炉尾部温度155.44℃的低温烟气余热回收进行了研究，提出了有机朗肯循环（ORC）余热回收发

5、电的方案，通过对包含锅炉运行系统、ORC回收系统等在内的整个系统进行深入分析和合理优化，进一步提升了能质水平和能源利用率，有效降低了锅炉排烟温度，提高了锅炉效率，为实际工程应用提供了理论指导和计算参考。通过建立ORC系统热力模型，研究不同工质对系统循环性能的影响，最终确定了循环工质为R245fa。进行循环参数优化讨论并采用最优参数设计了90%最佳负荷工况时的理论ORC系统物理模型，计算得到系统的最佳循环效率为16.45%、净输出功率为7485.58kW，主要设备中工质泵选用多级离心泵、透平机选用径流式透平膨胀

6、机。分析锅炉在75%、65%、55%、45%负荷工况时对ORC系统性能的影响，得出循环效率的平均降幅为0.52%、净输出功率的平均降幅为1054.95kW。为提高系统效率，提出了在蒸发器之前增设预热器的优化策略，即利用锅炉制备热水预热有机工质，并从宏观角度分析得出整套系统在优化后更具经济效益和环保效益，推动了系统高效、经济地运行。为防止系统高压运行并伴随工质相变时易出现爆管等安全问题，采用了烟气余热回收换热器与减压装置相结合的方式来实现蒸发器的功能，通过对烟气余热回收换热器进行设计计算和数值模拟分析，发现采取

7、增设导流挡板的结构优化措施可以有效改善换热效果，同时验证了换热器设计的合理性。关键词：供热燃煤工业锅炉；低温烟气余热回收；有机朗肯循环；优化分析；数值模拟-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractAtpresent,theenergysituationathomeandabroadisbecomingincreasinglysevere.China'senergyefficiencyislowanditsstructureisirrational,itshowsthatcoalisstillthem

8、ainenergyandcannotbecompletelyreplacedinashorttimeandindustrialwasteheatandpressurearehugebuttheycannotbeusedeffectively,there-fore,itisofgreatsignificanceforenergyconservation,emissionreduction,andcon