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2朗肯循环的模拟与优化
1.2.1蒸发器压力的设置
已知朗肯循环的废热源温度为230℃,能量为1MW,因此需对蒸发器的压力进行设置,首先通过ASPEN得到己烷的饱和液体的P-T图,如下图3所示:
图3 正己烷的P-T图
从上图可以得到不同温度下,正己烷饱和蒸汽的压力,本次的温度热源为230℃,在假设换热器的传热温差为15℃的情况下,则取蒸发器的己烷出口温度为215℃,因此其对应的饱和压力约为4.5bar,并以此设计为蒸发器的压力。
2.2汽轮机出口压力的设置
汽轮机的出口压力的大小决定了汽轮机的做功的多少。一般来说,出口压力越低,其做功越多,但是随着压力的降低,其出口气体在冷凝过程中需要较低的冷量。在本文的冷凝过程中,采用冷凝水进口温度32℃,出口温度为40℃,因此为保证正常的换热,且温差大于115℃,则取冷凝时的出口温度为47℃,此时饱和压力约为0.49bar,因此以此作为汽轮机的出口压力。并且设置汽轮机的工作效率为0.65
2.3其他设备的设置
冷凝器的压力与汽轮机出口相同,出口为饱和液体。泵的加压压力为蒸发器的操作压力,并设置泵的效率为0.8.
3. 结果与分析
在经过一系列上述的分析后,采用Aspen PlusV8.4对该循环进行模拟。其模拟流程图如下图4所示:
图4 流程模拟图
为保证蒸发器压力为4.5bar,能耗为1MW时,工作介质的出口温度为215℃时,对其流量进行设置。本次采用设计规定对该流量进行计算,其设计规定的设计如下:
通过计算得到,整个循环介质的流量为5131.41kg/hr。整个流程中各个设备的设置如下:
通过计算得到,整个循环介质的流量为5131.41kg/hr。整个流程中各个设备的设置如下:
最后通过计算得到的做功量已经泵的需要的功量可以计算出其热效率为:
4.总结与展望
本文主要对简单有机朗肯循环进行了介绍,使得读者对朗肯循环过程有了初步的理解。在文中以恒温热源为废热源对简单朗肯循环进行了模拟,并采用AspenPlusV8.4对模拟过程进行优化分析。对蒸发器、冷凝器、汽轮机以及泵的参数设置进行了介绍,采用设计规定对工作介质的流量进行了计算。
在后续的介绍中可以对恒温热源下,具有内部换热的复杂朗肯循环进行模拟研究以及过程优化。因为在恒温热源下无需考虑蒸发器的内部换热温差,而如果当热源为一般的变温热源时,由于在蒸发器内存在工作介质的恒温蒸发过程,因此如何设置蒸发器的工作压力将对废热回收具有重要的指导意义。
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