船用柴油機余熱回收有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)研究設(shè)計.pdf

1、船舶的高能耗不僅使運行成本增加，也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境問題?；诖舜澳苄гO(shè)計指數(shù)EEDI對新建船舶有著嚴(yán)格的要求。為船舶加裝余熱利用系統(tǒng)（WHR）是有效改善EEDI的途徑之一。由于船用柴油機排氣溫度處在中低溫范圍（300℃以下），常規(guī)水朗肯循環(huán)熱力性能低等問題，導(dǎo)致傳統(tǒng)的WHR系統(tǒng)只能回收排氣溫度在175℃以上的能量。而有機朗肯循環(huán)（ORC）技術(shù)能有效的回收中低溫余熱，擴大回收能量的范圍，因此有必要研究和設(shè)計ORC在船舶WHR系統(tǒng)中的應(yīng)用

2、方案，主要內(nèi)容如下：
　　(1)本文以調(diào)制后的MAN6S50ME柴油機參數(shù)為基礎(chǔ)，依據(jù)熱平衡原理分析和計算柴油機能量的主要去向，得出柴油機各部分的余熱可利用潛力值，分析各部分余熱的“數(shù)量”和“質(zhì)量”，為采用多方案回收不同“數(shù)量”和“質(zhì)量”的余熱打下基礎(chǔ)。
　　(2)研究ORC的基本原理，列舉選用工質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用限制，選出九種工質(zhì)作為備選。根據(jù)ORC穩(wěn)態(tài)循環(huán)圖，對循環(huán)熱力計算公式利用EXCLE調(diào)用refprop軟件進行仿真計算

3、，分析并得出R245fa綜合性能最佳，最佳的蒸發(fā)溫度在90—100℃之間。
　　(3)對MAN6S50ME船用低速柴油機WHR系統(tǒng)進行多方案設(shè)計，選用R245fa作為ORC工質(zhì)，并給出船用WHR系統(tǒng)整體性能計算公式，經(jīng)過仿真計算分析得出方案三發(fā)電效率最好，方案四綜合性能較好，方案二比方案一更簡單可靠等。
　　(4)提出ORC換熱器的選用標(biāo)準(zhǔn)，對板式換熱器、管殼式換熱器和翅片管式換熱器的換熱系數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和阻力損失等進行對比分

4、析，總結(jié)出板式換熱器換熱效果最佳，且能滿足阻力損失需求。分別設(shè)計ORC循環(huán)用的板式蒸發(fā)器、預(yù)熱器和冷凝器。
　　(5)根據(jù)提出的ORC膨脹機的選用標(biāo)準(zhǔn)，選用徑流式汽輪機作為ORC膨脹機，利用計算程序?qū)ζ溥M行一維氣動設(shè)計，確定透平的基本數(shù)據(jù)，對比不同輸入?yún)?shù)下的徑流式ORC汽輪機的設(shè)計方案,預(yù)測單級徑流式ORC汽輪機定熵效率等關(guān)鍵參數(shù)。
　　(6)對比目前國內(nèi)各高校研究機構(gòu)搭建的ORC實驗臺架，對本系統(tǒng)的ORC實驗臺架進行了初