一般在工業(yè)生產(chǎn)中，將熱源分為三種：

大于600℃的為高溫熱源；

大于300℃小于600℃的為一般熱源；

小于300℃的為低溫熱源；

在蒸汽朗肯循環(huán)中，當其熱源溫度一般大于350℃才能保證其發(fā)電過程具有較高的熱效率，具有一定的經(jīng)濟價值。因此，在生活生產(chǎn)中存在大量的低溫廢熱無法被利用，而如何對其進行廢熱回收提高能量的利用效率具有重大的研究前景。

有機朗肯循環(huán)其朗肯循環(huán)的模型與蒸汽朗肯循環(huán)一致，但其主要的特點為采用有機溶劑作為工作介質(zhì)來進行工作。由于有機物具有低沸點的性質(zhì)，使得其更容易在蒸發(fā)器中蒸發(fā)汽化，對此可以將這些物質(zhì)對低溫余熱進行回收發(fā)電。對于一般的有機溶劑的物性數(shù)據(jù)在化工專業(yè)軟件Aspen Plus中具有詳細的數(shù)值，因而采用Aspen Plus軟件對有機朗肯循環(huán)進行模擬和優(yōu)化不僅具有較高的準確性，而且通過模擬計算后對于進一步提高其過程的能量利用效率，具有重大的意義。

Fig.1有機朗肯循環(huán)工藝流程圖

其廢熱發(fā)電的工藝流程圖如圖1所示，其主要設(shè)備包括蒸發(fā)器、透平、冷凝器以及泵設(shè)備。整個流程中以有機物質(zhì)作為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)首先通過泵加壓到一定的壓力，然后在蒸發(fā)器中進行蒸發(fā)利用廢熱，加熱后的飽和蒸汽或者過熱蒸汽進入膨脹機進行做功并傳至發(fā)熱裝置進行發(fā)電。被減壓膨脹后的疲氣則進入冷凝器進行冷凝并變成飽和液體，然后再用泵加壓至蒸發(fā)器實現(xiàn)整個循環(huán)。

在整個過程中，原理為利用低溫廢熱進行廢熱發(fā)電，因此在評判整個有機朗肯循環(huán)的能量利用效率時通常以

為指標進行衡算。

1.1工作介質(zhì)的選擇

對于有機朗肯循環(huán)的工作介質(zhì)的選擇主要從環(huán)保，安全等各個角度進行考慮。另外，為了提高整個過程的能效，通過選取與熱源溫度相近或者稍微偏小的臨界溫度的物質(zhì)作為介質(zhì)。并且對于工作介質(zhì)，其可以分為濕物質(zhì)，干物質(zhì)以及等熵物質(zhì)。

濕物質(zhì)即該物質(zhì)在透平減壓過程中溶液出現(xiàn)液化現(xiàn)象，這對汽輪機具有很大的損傷。比如水即為濕物質(zhì)，其液化現(xiàn)象也較為嚴重。因此一般的工作介質(zhì)最好選擇干物質(zhì)，其不易在減壓過程中進行液化，對汽輪機有保護作用。

其判斷方式主要通過觀察物質(zhì)的T-S圖，如圖1所示。通過判斷T-S圖曲線右側(cè)的斜率即可以進行判斷。對此，本文以正己烷為介質(zhì)，其臨界溫度為234.45℃，臨界壓力為30.25bar(該值來自于Aspen PlusV8.4)，因此本文的熱力學(xué)方程采用P-R方程。

圖2 流體性質(zhì)判斷

2朗肯循環(huán)的模擬與優(yōu)化

1.2.1蒸發(fā)器壓力的設(shè)置

已知朗肯循環(huán)的廢熱源溫度為230℃，能量為1MW，因此需對蒸發(fā)器的壓力進行設(shè)置，首先通過ASPEN得到己烷的飽和液體的P-T圖，如下圖3所示：

圖3 正己烷的P-T圖

從上圖可以得到不同溫度下，正己烷飽和蒸汽的壓力，本次的溫度熱源為230℃，在假設(shè)換熱器的傳熱溫差為15℃的情況下，則取蒸發(fā)器的己烷出口溫度為215℃，因此其對應(yīng)的飽和壓力約為4.5bar，并以此設(shè)計為蒸發(fā)器的壓力。

2.2汽輪機出口壓力的設(shè)置

汽輪機的出口壓力的大小決定了汽輪機的做功的多少。一般來說，出口壓力越低，其做功越多，但是隨著壓力的降低，其出口氣體在冷凝過程中需要較低的冷量。在本文的冷凝過程中，采用冷凝水進口溫度32℃，出口溫度為40℃，因此為保證正常的換熱，且溫差大于115℃，則取冷凝時的出口溫度為47℃，此時飽和壓力約為0.49bar，因此以此作為汽輪機的出口壓力。并且設(shè)置汽輪機的工作效率為0.65

2.3其他設(shè)備的設(shè)置

冷凝器的壓力與汽輪機出口相同，出口為飽和液體。泵的加壓壓力為蒸發(fā)器的操作壓力，并設(shè)置泵的效率為0.8.

3.     結(jié)果與分析

在經(jīng)過一系列上述的分析后，采用Aspen PlusV8.4對該循環(huán)進行模擬。其模擬流程圖如下圖4所示：

圖4 流程模擬圖

為保證蒸發(fā)器壓力為4.5bar，能耗為1MW時，工作介質(zhì)的出口溫度為215℃時，對其流量進行設(shè)置。本次采用設(shè)計規(guī)定對該流量進行計算，其設(shè)計規(guī)定的設(shè)計如下：

通過計算得到，整個循環(huán)介質(zhì)的流量為5131.41kg/hr。整個流程中各個設(shè)備的設(shè)置如下：

最后通過計算得到的做功量已經(jīng)泵的需要的功量可以計算出其熱效率為：

4.總結(jié)與展望

本文主要對簡單有機朗肯循環(huán)進行了介紹，使得讀者對朗肯循環(huán)過程有了初步的理解。在文中以恒溫熱源為廢熱源對簡單朗肯循環(huán)進行了模擬，并采用AspenPlusV8.4對模擬過程進行優(yōu)化分析。對蒸發(fā)器、冷凝器、汽輪機以及泵的參數(shù)設(shè)置進行了介紹，采用設(shè)計規(guī)定對工作介質(zhì)的流量進行了計算。

在后續(xù)的介紹中可以對恒溫熱源下，具有內(nèi)部換熱的復(fù)雜朗肯循環(huán)進行模擬研究以及過程優(yōu)化。因為在恒溫熱源下無需考慮蒸發(fā)器的內(nèi)部換熱溫差，而如果當熱源為一般的變溫熱源時，由于在蒸發(fā)器內(nèi)存在工作介質(zhì)的恒溫蒸發(fā)過程，因此如何設(shè)置蒸發(fā)器的工作壓力將對廢熱回收具有重要的指導(dǎo)意義。