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&&& 柏恩板式换热器可拆板式换热器是一种结构紧凑、换热高效的换热器，它的应用已有几十年的历史。可拆板式换热器最初主要应用于牛奶的加工和处理，由于它具有体积小、易于拆装、清洁等特点，不久就广泛应用于食品加工、饮料、啤酒加工、药剂加工。随着能源在国民经济中地位的日益重要,能源的高效利用逐渐成为人们关注的焦点。
1、实验装置及流程
　　本实验采用的物系是混合戊烷2水，摩尔组成如下：nC5=68.0，iC5=31.0，C4和C6正烷烃各为015，它们的混合物性可按混合规则计算。实验用的直接接触式环流换热器。气升管&=90mm，循环水降液管&=100mm，蒸气逸出管&=100mm.环流换热器高416m，气升管与降液管均高410m，两管间距015m，有效实验段为316m.冷凝器采用卧式列管，总换热面积为2m2。为了提高戊烷的回收率，减少原料的损失，在回收罐顶设置冷阱。冷阱的容积20L，内有一根6m长的铜制蛇管与回收罐相连，冷却介质为冰水混合物。戊烷进料采用氮气加压法，并通过转子流量计（流程0～25Lh）和进料阀控制。
　　实验前换热器内注满水并加热至指定温度，低沸点工质从换热器的底部进入，与气升管内的连续相热介质接触后立即气化，产生的蒸气推动热介质循环；降温后的热介质经过加热又重新升温至接触前的温度，工质蒸气则由换热器的顶部逸出，经过冷凝后循环使用。
　　实验在常压下进行，热水温度在40～55℃的范围内，戊烷的进料量为5～20Lh，实验中的孔板直径&=5mm.
2、实验结果分析与讨论
　　连续相的温度分布随着热水（电荒加剧促进空气能热水器行业发展）的初始温度和工质流量变化，分散相的温度（即工质沸点）随着轴向压力分布而变化，而轴向的压力又受气含率的影响。给出了一组连续相和分散相的温度分布曲线，虚线处表示分散相已完全气化。在气化段内，连续相不断放热导致其温度沿轴向逐渐下降，待分散相完全气化后则认为温度基本恒定，因此可通过连续相的轴向温度分布判断气化段高度。积分可以求算气化段内两相间的平均传热温差。平均传热温差是关系戊烷气化传热的重要变量，有的文献中忽略了连续相的温度变化和静压头对工质沸点的影响而采用热水的初始温度进行关联。在本实验中连续相的温度变化和静压头对实验结果都有影响。可以看到在同一工质流量下，连续相的初始温度越高，平均传热温差越大；在相同的初始温度下，平均传热温差随工质流量的增大有略微下降的趋势。
　　气化段高度由连续相的温度分布来判断，实验表明它随平均传热温差的增大而减小，当平均传热温差低于某一值（&115℃）时，在有效实验段内气化段尚未结束，此时hv>316m；流量对气化段高度的影响不很显著。当平均传热温差增大并达到某一值（1010℃）时，分散相液滴迅速气化完毕，同时连续相的循环速度增大，戊烷液滴随循环热介质上行的速度也增大，因此气化段高度基本表现为一个恒定值。本文中，此极限值为016m.由于热水和戊烷接触后即开始降温，同时热水的循环流动带动戊烷液滴上行，使得戊烷上升的实际速度加快，因此Sideman（1964）提出有关气化段高度的微观模型不适用于本实验。为了便于模型建立和理论设计计算，本文认为气化段高度仅取决于连续相和分散相的平均传热温差，将实验数据进行关联得到公式。
　　平均体积传热系数定义，Q为工质完全气化所需吸收的热量，因此工质流量增大意味着整个气化段的传热量增大，同时气含率也增大，这样就增大了气2液2液三相的湍动程度，使得传热系数加大。根据式（3）可见传热温差低有利于体积传热系数的增大，但是式表明传热温差低又导致气化段高度的增大，这对体积传热系数的增大又起了反作用，结合两式得：平均体积传热系数随两相间平均传热温差的增大而减小。
　　根据两相流传热理论，增大液速抑制了气相的湍动效果，不利于两相间的传热。在同一工质流量下，平均传热温差大时连续相的循环液速也大，从这点也说明传热温差较低时促进传热系数的增大。
　　然而在实际应用中不能只考虑传热温差的影响，还要注意到降低传热温差会增大气化段高度，使得设备投资增大。对于本实验来说，平均传热温差在115～1115℃时，气化段高度为315～016m.
3、DCRE的泡滴群体积传热系数模型
　　有关单个液滴在停滞的不互溶连续相中垂直上升的传热模型已经比较成熟，模型表明对流传热膜系数取决于泡滴的直径、蒸发状态和传热温差。
　　又考虑到传热温差的影响，提出了准数形式关联的半经验公式在DCRE的运行过程中，连续相是流动的，而且静压头对传热温差的影响较大，基于以上等人的工作，本文作如下假定：①泡滴呈球形；②分散相内铺展的液膜极薄，内部无环流；③液滴在上升过程中按刚性球处理；④分散相的温度等于工质的沸点，并随轴向的压力梯度而变化；⑤不考虑泡滴的聚并和破裂现象；⑥轴向上同一截面处的泡滴直径无径向分布；⑦泡滴内未气化的液相热阻远小于连续相的热阻。所以采用准数关联形式气升管截面气含率Ε与泡滴的直径d、密度Θd和上升速度Ub都是沿气升管轴向高度z随着气化分率x变化的，所以Pe和Ja也是随x而变化的，因此Kv沿气升管轴向最终表现为x的函数。
　　对于单个液滴与连续相的物性和喷嘴的直径有关，已给出了相应的关联式。推导出气升管气化段内的气含率分布表达式表示工质完全气化后的气含率，由定义提出的关联式算。式积分即可求平均体积传热系数。
　　用式计算平均体积传热系数时是相当麻烦的。为了方便，本文在模型推导过程中各参数均采用平均值，并在实验基础上进行了回归。
　　根据式求气化段内的平均气含率，气化段内的分散相的平均密度分散相泡滴的平均密度代入式中即得用准数表示的平均体积传热系数方程表明平均体积传热系数随着工质流量的增大而增大，随平均传热温差的增大而减小；模型值与实验值吻合得很好，偏差基本在-10～10的范围内。平均体积传热系数模型值与实验值的比较这与式中的结论基本相符，从而又进一步验证了实验结果。
　　如前所述，随着工质气化分率的变化，体积传热系数沿气升管轴向也变化。假设连续相和分散相之间不发生传质，这样就得到体系的动量方程对于此微分方程可采用龙格2库塔法求算，再联立式即可得到轴向气化分率分布。
　　结合式即得气升管内半经验半理论体积传热系数轴向分布模型。
　　体积传热系数分布的模型计算值与传热温差、工质流量的关系。在液滴的气化传热过程中，热量主要通过泡滴底部的液相边界层传递给泡滴，随着液滴的蒸发，底部液相边界层面积的相对减小，所以传热系数沿轴向逐渐下降。
&&& 综上所述：
　　（1）平均体积传热系数随工质流量的增大而增大，随平均传热温差的增大而减小。
　　（2）随着工质的不断气化，两相间的温差也发生变化，从而导致轴向上的体积传热系数随上升高度而逐渐下降。
　　（3）在实验基础上，结合微观的液滴气化传热理论，推导出相应的半经验半理论的平均体积传热系数模型和气升管内体积传热系数轴向分布模型，使该模型的适应范围更为广泛。
&本文摘自中国换热器网由柏恩时代编辑整理
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低沸点工质的有机朗肯循环纯低温余热发电技术
更新日期: 日
作者: 张红 云南电力职工大学
【字体： 】
我国水泥厂的余热发电，先后经历高温余热发电、带补燃炉的中低温余热发电和纯低温余热发电3个阶段。纯低温余热发电与带补燃的中低温余热发电相比，具有投资省、生产过程中不增加粉尘、废渣、N0。和S0。等废弃物排放的优点。&&&
本文介绍以色列奥玛特(0RMAT)公司利用低温热源的有机朗肯循环(0rganic Rankine Cyck，简称()RC)纯低温余热发电技术。该技术有别于常规技术，其特点是：不是用水作为工质，而是使用低沸点的有机物作为工质来吸收废气余热，汽化，进入汽轮机膨胀做功。
1.低沸点的有机物&&&
在一个大气压下，水的沸点足100℃，而一些有机物的沸点却低于水的沸点，见表l。&&&
有机物的沸点与压力之间存在着对应关系，以氯乙烷为例，见表2。水的沸点与压力之间对应关系见表3。&&&
由表2和表3町见，氯乙烷的沸点比水低，蒸气压力很高。根据低沸点有机工质的这种特点，就可以利用低温热源来加热低沸点工质，使它产生具有较高压力的蒸气来推动汽轮机做功。
2& ORC纯低温余热发电在地热发电方面的应用&&&
0RC纯低温余热发电技术在我国地热发电方面已得到初步应用，我国目前已经勘测发现的地热田均属热水型热储。热水型资源发电采用的热力系统主要有两种，即扩容(闪蒸)系统和双工质循环系统。西藏羊八井地热电站，热水温度145℃，采用二次扩容热力系统，汽轮机(青岛汽轮机厂设计制造D3一1．’7／0．5型地热汽轮机发电机组)单机容量3000W，3 000W／min，一次进汽压力182kPa，温度115℃，二次进汽压力54kPa，温度81℃，额定排汽压力为10kPa。双工质循环系统中，地热水流经热交换器，把地热能传递给另一种低沸点丁质，使之蒸发产生蒸气，组成低沸点工质朗肯循环发电。双工质循环机组，其热效率高，结构紧凑。我国的小型双工质循环系统地热电站——辽宁营口熊岳试验电站的装机容量2×J00KW，利用地热水(水温75℃)发电，于月投入运行。
3 ORC纯低温余热发电在水泥工业的应用&
我国水泥厂在利用ORC纯低温余热发电技术方面尚属空白。&&&
1999年德国海德堡水泥集团在德国环境部支持下，利用世界银行贷款，由以色列奥玛特(ORMAT)公司设计，在德国的Lengfurt水泥厂3 000t／d的生产线上，建成了世界首座水泥厂ORC纯低温余热发电站。该发电站的特点是：余热热源来自熟料冷却机出口的废气，而窑尾预热器出门的废气用来烘干生料和煤，该系统的主要技术指标如表4所示。&&&
据报道，白1999年投产以来，整套设备运行情况良好，发电站占地面积很少，汽轮机发电机现场实现无人操作，在水泥厂的中控室对电站进行控制。，投产以来电站的平均zfN
&98％；单位熟料发电量可达10．5kWh／t；其维修费用较低，每年约6 800美元。从节电和环保角度来说，每年CO。减排量约7 600t。&&&
据以色列奥玛特(0RMAT)公司介绍，德国海德堡水泥集团正利用在Lengfurt水泥厂取得的经验，在印尼分公司新建的水泥生产线上建造新的ORC纯低温余热发电站。&&&
冷却机余热回收系统的OEC(奥玛特能量转换器Ormat Energy Converter)的工艺过程址图1。&&&&
为了回收熟料冷却机废气中的余热，在电除4器后装设r常规的废热回收热交换器，热量传递型位于低压闭路循环中的导热油中。导热油的热量在蒸发器中传递给OEC中的有机_r质(上E戊烷)。&
正戊烷在蒸发器中蒸发，蒸气在汽轮机中膨胀做功，在窄冷的冷凝器中凝结成液态正戊烷，通过泵(60m。／h，27℃)送回蒸发器，完成循环。4有机朗肯循环(ORC)原理&常规的水蒸气朗肯循环巾，工质是水，由锅炉、汽轮机、冷凝器和给水泵组成，工质在热力设备中不断进行等压加热、绝热膨胀、等压放热和绝热压缩4个过程，使热能不断转化为机械能。&&&
当利用低温有机工质时，主要设备有：蒸发器、汽轮机、冷凝器和正戊烷循环泵&对于低等及中等的焓热，ORC技术比常规的水蒸气朗肯循环有很多优点，主要是在回收显热方面有较高的效率，由于循环中显热／潜热比例不相等，ORC技术中此比例大。因此采用ORC技术比水蒸气循环会同收较多的热龟。&&&
上述的显热／潜热比例的不同，可以从图2所示的T—S图1看出&
4一l过程：锅炉及过热器巾的等压加热过程，其中：(4—5)段，由未饱和水等压预热成饱和水；(5—6)段，再等压等温汽化为饱和蒸气；(6一1)段再等压加热成过热蒸气。&&
1—2过程：过热蒸气住汽轮机中的绝热膨胀过程，工质对外做功。&&&
2—3过程：在冷凝器中的等压放热凝结过程。&&&
3—4过程：水在给水泵内的绝热压缩过程，在T—S图上，3、4两点几乎重合。&&&
从T—S图上可以看到，当有机蒸气在汽轮机中膨胀时，它趋向过渡或变得更干燥些，¨1i水蒸气则在膨胀过程中变得更潮湿。因此，有机蒸气进入汽轮机前不需要过热。&&&
与水蒸气朗肯循环相比较，0RC的特征uJ‘总结如下：&&&
1)正戊烷具有良好的热力学性质，同时已把爆炸防护以及环境与工作地点的防护考虑住1人J。低的沸点及高的蒸气压力使0RC方法比水蒸气朗肯循环具有较高的热效率，对较低温度热源的利用有更高的效率。&&&
2)正戊烷比水蒸气密度大(见表5)、比容小，导致汽轮机(特别是其末级叶片的高度)、排气管道及空冷冷凝器中的管道尺寸较小。&&&
3)与水蒸气不同，正戊烷在膨胀做功过程中，从高压到低压始终保持干燥状态，这就消除J，形成湿气的可能性以及当高速小水滴冲击汽轮机时产生腐蚀损坏的可能性。所以，0RC能比水蒸气汽轮机更有效地适应部分负荷运行及大的功率变动，不需要装过热器。&
4)在缺水地区，优先使用空气冷却的冷凝器。0RC电厂使用的窄冷冷凝器要比水蒸气电厂使用的空冷冷凝器的体积小得多，价格也低得多。&&&
5)与水蒸气相比，山于有机：Ii质的声速低，在低叶片速度时，能获得有利的空气动力配合，在50Hz时能产牛高的汽轮机效率，不需要装齿轮箱。&&&
6)有机T质冷凝压力高，整个系统在接近和稍高于大气压力下工作，使得有机工质的漏失现象大为降低。&&&
7)有机工质凝固点很低(低于一73℃)，在较低温度下仍能释放能量。这样在寒冷天气可增加出力，冷凝器也不需要增加防冻设施。
5 oRC技术在其他领域的应用&&&
0RC技术不仅已用于水泥厂的余热发电，且也用于其他1：、lp，见表6。从表6可知，此技术所利用的热源温度最低达104℃。
6& 结束语&&&
以低沸点的正戊烷作为工质的朗肯循环低温余热发电技术，对于低位工业余热(如水泥厂废气余热和地热能等)的开发，有重要参考意义。由于低沸点L质的优点，建议0RC技术在我国纯低温余热发电技术中逐步推广运用。
参考文献：
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来源：水泥2006.8
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作用原理：
间壁式换热器
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　　溴化锂机组工作原理：
在溴化锂吸收式制冷中，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。
由于溴化锂水溶液本身沸点很高，极难挥发，所以可认为溴化锂饱和溶液液面上的蒸汽为纯水蒸汽；在一定温度下，溴化锂水溶液液面上的水蒸气饱和分压力小于纯水的饱和分压力；而且浓度越高，液面上的水蒸气饱和分压力越小。所以在相同的温度条件下，溴化锂水溶液浓度越大，其吸收水分的能力就越强。这也就是通常采用溴化锂作为吸收剂，水作为制冷剂的原因。
溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成。
在溴化锂吸收式制冷机运行过程中，当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器内的溴化锂水溶液浓度不断升高，进入吸收器；水蒸气进入冷凝器，被冷凝器内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸气发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由循环泵送回发生器，完成整个循环。如此循环不息，连续制取冷量。由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高整个装置的热效率，在系统中增加了一个换热器，让发生器流出的高温浓溶液与吸收器流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生器的温度。
1、利用热能为动力，特别是可利用低位势热能（太阳能、余热、废热等）；
2、整个机组除了功率较小的屏蔽泵之外，无其他运动部件，运转安静；
3、以溴化锂水溶液为工质，无臭、无毒、无害，有利于满足环保的要求；
4、制冷机在真空状态下运行，无高压爆炸危险，安全可靠；
5、制冷量调节范围广，可在较宽的负荷内进行制冷量五级调节；
6、对外界条件变化的适应性强，可在一定的热媒水进口温度、冷媒水出口温度和冷却水温度范围内稳定运转。
1、溴化锂水溶液对一般金属有较强的腐蚀性，这不仅影响机组的正常运行，而且还会影响机组的寿命；
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第六章、传热与传质
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