朗肯循环在低品位能源利用系统中的应用

设 计工 况下 理想 比焓 降 的 大 小来 决 定 调 节 级 的 型式 ， 最后 采用速 度三 角形 法确定 级通 流 部分 的主 要尺 寸以 及 内功率 和级效 率 。热 交 换 器 、 泵 等 的设 计 制 造 可 参 考 制冷 、 化 工行业 的热 交 换 设 备 。此 外 工 质 的选 取 也 直 接影 响到能 源 回收 的效 率 ， 朗肯 循 环 在 高 温余 热 发 电系统 中多采 用水 来 作 为工 质 ， 在 中低 温 废 热 发 电 中
第 ６ 期（ 总第 １ ８ １ 期） ２ ０ １ ３年 １ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化
ＭＥ ＣＨ ＡＮＩ ＣＡＬ ＥＮＧｌ ＮＥＥＲｌ ＮＧ ＆ ＡＵＴ（ ） Ｍ ＡＴＩ ＯＮ
ＮＯ ．６
Ｄｅ ｃ ．
文章 编 号 ： １ ６ ７ ２ － ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ２ １ ８ — ０ ３
水 Ｋａ ｌ ｉ ｎ ａ 循 环 等 。其 中朗肯循 环 系统 具 有 机 动性 好 、 安 全性高 和对 维护保 养要 求 比较低 等 优点 。 目前 朗肯 循 环高 温余 热（ 高于 ５ ０ ０℃ ） 发 电技 术 已经 比较成 熟 ， 国 内的水泥 企业 已利 用 这 种技 术来 提 高 能 源 利 用率 。 但 朗肯循环 中低 温余 热 发 电技 术 发 展 比较 落 后 ， 没 能 在工 业 中得到很 好 的应用 。
多采用 有机 介质 。上 海 交通 大学 的 冯 驯 、 于立 军 等人
图 ｌ 朗 肯 循 环 流 程 示 慝 图
２ 工业废 热方面 朗肯循 环 的应 用
２ ． １ 应 用 途 径
目前 工业 所 消 耗 的能 源 中 只 有 少 部 分 被 合 理 利
用 。我 国的能源 利用 率仅 仅 ３ ３ ， 至少 ５ Ｏ 的能源 被 浪 费掉 。 目前 工业余 热 的 回收利用 主要 分 为热 回收和
家 已将 有机 朗肯循 环应 用 于 中低 温余 热发 电中并实 现
作 者简 介 ：郝 飞 （ １ ９ ８ ７ 一 ） ，男 ，江 苏 阜 宁 人 ，在 读 硕 士 研 究 生 ，研 究 方 向为 汽 车 零部 件 数 字 化 设 计 理 沦与 ‘ 法。
２ ０ １ ３年 第 ６期
郝 飞， 等： 朗肯循 环 在 低 品位 能 源利 用 系 统 中 的应 用
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热 功转换 。热 回收 主要 是 通 过 热 交换 ， 把 余 热 用在 预 热、 干燥 等工 艺流 程 中来 提 高 能 源 的 利用 率 。这种 技 术降低 温度 品位 ， 但仍 以热 能形式 回收 ， 是 一种 降级利
收 稿 ｎ期 ：２ ０ １ ３ — ０ ５ — ０ ３ ；修 回 日期 ：２ ０ １ ３ — ０ ６ — ２ ３
在工 业废 热发 电 中 ， 有 机 朗肯 循 环 （ ＯＲＣ ） 相 比于 水蒸 汽 朗肯循 环而 言 ， 具 有可 回 收较低 温度 的废 热 、 工 作 压力 低 、 在 较冷 天气不 需要 增加 防冻 设施 等优 点 ， 因
此 工业 废热 ＯＲ Ｃ系统 是 未 来发 展 的 趋 势 。在 发 达 国
朗肯 循 环 在低 品位 能源利 用 系统 中的应 用
郝 飞 ，秦 永 法
（ 扬州大学 机械工程学院，江苏 扬 州 ２ ２ ５ １ ２ ７ ）
摘 要 ：在 阐述 朗肯 循环 技 术 的 原 理 和 特 征 的 基 础 上 ．分 析 了 朗肯 循 环 技 术 在 工 业余 热 、太 阳能 和 汽 车发 动 机 废 热 回收 利 用 方 面 的研 究 现 状 。 讨 论 了实 现 朗肯 循 环 的 关键 技术 ，并 提 出 了需要 研 究 的 问题 。
１ 朗肯循 环基本 原理
朗肯 循环 流程如 图 １所示 ， 其基 本工 作循 环如 下 ： 液态 循环 工质在 热交换 器 中吸 收热 量而 被加 热变成 气 体； 高 温高压气 体通 过膨 胀机进 行 膨胀对 外 做功 ； 从 膨
胀 机流 出 的气 体 的温 度和 压 力 都 已 大 大 降低 ， 变成 乏 气； 低 温低压 的乏气 进入 冷凝 器进 行冷 却 ， 变成 液态工 质； 最 后液态 工质 通过 循 环 泵 被 提 高 压 力后 送 回热 交
以纯 质 Ｒ１ ２ ３ 、 Ｒ１ ４ ｌ ｂ 、 Ｒ２ ４ ５ ｃ ａ和 混 合 工 质 Ｒ１ ４ １ ｂ ／ Ｒ Ｃ ３ １ ８作 为工 质 对 有 机 朗肯 循 环 中低 温余 热 发 电 系 统进行 研究 ， 其 中 Ｒ１ ４ １ ｂ的热效 率是 最 高 的 ｊ 。
２ ． ３ 发展 趋 势
换器 ， 由此形 成一 个循 环 。
朗 肯循环 系统 是通 过 膨 胀 机 来 实 现 能源 转 换 的 ， 膨 胀机 的设计 是关 键 。在 废 热 发 电 中多 采 用 汽轮 机 ， 要 求相 同余热 量条 件 下 发 电功 率 最 大化 。在 设计 中 ， 首 先按设 计 条件确 定 通 流 部分 的几 何 尺 寸 ， 之 后 依据
２ ． ２ 关键 技 术
化 能源 的不可 再生性 ， 且 随着其 的不断使 用 ， 人类 正面 临着 能源 短缺 的 问题 。在 此背 景 下 ， 本 文探讨 了朗肯
循环（ Ｒ ａ ｎ ｋ ｉ ｎ ｅ Ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ） 在低 品位 能 源 中 的利 用 ， 并探 讨 相关关 键技 术 问题 。
关 键 词 ： 朗肯 循 环 ； 低 品位 ； 能 源 利 用 系统 中 图 分 类 号 ：ＴＫｌ １ ４ 文献 标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
用， 其效率 不高 。热 功 转换 主要 是 把 热 能 转 化 为机 械
能源 是人类 生存 和发 展 的重要 物质 基础 。由于石
能或 者 电能 。 目前 热功 转 换 技 术 主要 有 朗 肯循 环 、 氨