我国钢铁工业能耗巨大，烧结工序是仅次于炼铁的第二大工序，其余热资源也十分充足，现有的技术大多回收烧结中温烟气余热，低温烟气余热基本未被利用，而回收钢铁工业低温余热资源是降低钢铁工业的生产成本的重要途径。有机朗肯循环（Organic Rankine Cycle，简称ORC）具有热效率高、设备简单、对环境友好的特点而广泛应用于低温余热发电。本文以回收烧结低温余热为背景，进行了ORC低温余热发电的研究。
首先，介绍了有机朗肯循环的基本原理及有机工质的基本原则，选取6种不同工质作为候选工质，并以国内某435m2烧结机为例，提出了利用有机朗肯循环回收余热锅炉出口烟气和环冷机四段烟气的方案，并使用Aspen Plus建立ORC模型进行模拟，研究了在烟气温度、流量一定时，蒸发温度、冷凝温度、过热度及过冷度对有机朗肯循环的影响，研究表明：以循环净输出功为最优化指标时，R236ea为最优工质，并以R236ea对循环参数进行优化，确定在窄点温差为5℃时，最佳蒸发温度为87℃，此时循环净输出功达到最大。同时介绍了火用的基本理论以及各部件火用的计算方法，同时对上述最优参数进行火用分析，分析表明，蒸发侧火用损最大，在对循环进行优化时应着重减小蒸发侧火用损，即预热器和蒸发器的不可逆损失。
其次，为了提高系统热效率并减小系统的不可逆损失，引入了复杂型有机朗肯循环——抽汽回热有机朗肯循环和乏汽回热有机朗肯循环。分别介绍了两种循环的原理及各部件计算模型，同时，使用Aspen Plus软件建立了系统模型，并使用Aspen Plus进行模拟，研究了蒸发温度、过热度及抽汽压比（抽汽回热有机朗肯循环）对循环的影响，同时得出以净输出功为优化指标时的最优参数。研究表明：相较于普通有机朗肯循环，两种循环均能提高系统热效率，但抽汽回热循环净输出功降低，而乏汽回热循环净输出功保持不变。
最后，根据前面分析，确定采用不同循环及不同窄点温差时的最佳参数，并给出了预热器、蒸发器、冷凝器、膨胀机及工质泵的经济模型，同时给出了预热器、蒸发器和冷凝器的传热关联式以计算换热器的换热系数及换热面积，根据给出的模型及传热关联式，计算不同窄点温差时各部件的花费，结果表明，预热器和蒸发器花费总占比最大，膨胀机占比其次。同时，在不同窄点温差时系统的净现值及投资回收期有所不同，投资回收期最短为5.68年。
- 作 者：
- 郑定超
- 学科专业：
- 热能工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位授予单位：
- 哈尔滨船舶锅炉涡轮机研究所
- 导师姓名：
- 陈明
- 学位年度：
- 2017
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
