某海洋供给船布雷顿循环余热利用装置换热器选型计算(附件)【字数：11374】
摘 要摘 要能源作为人类活动的物质基础，也是经济发展的最基本驱动力。燃油价格居高不下，能源供应越发紧张，在此严峻形势下，节能减排，实现余热的回收利用已经成为一种必然趋势。而船舶废气的余热回收利用就是很重要的一方面。本文结合船舶内燃机废气余热回收的特点和超临界二氧化碳布雷顿循环技术，参照某船废气余热回收系统，通过计算，对该余热回收系统作出理论研究，针对现有换热器体积大、耐腐蚀性差、换热效率低等不足之处，提出采用高性能的板式换热器设计方案并对换热器进行设计，设计了板式换热器的流程组合、板片材料、板片连接处采用全焊接的密封形式等内容。本文设计的板式换热器相比于传统的壳管式换热器来说具有换热效率高、体积小、结构简单等优点，因而适用于布雷顿循环，具有广阔的应用前景和现实意义。关键词余热回收，超临界CO2，布雷顿循环，换热器
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景、目的、意义 1
1.2 国内外余热回收利用技术的发展状况 1
1.2.1 国外余热回收利用情况 1
1.2.2 国内余热回收利用情况 3
1.3主要研究内容 3
1.4本章小结 4
第二章 船用布雷顿循环系统研究 5
2.1 船用布雷顿循环系统原理 5
2.2超临界二氧化碳的性质 6
2.3 换热器的主要类型 6
2.4本章小结 11
第三章 板式换热器简介 12
3.1板式换热器发展概述 12
3.2板式换热器的基本构造 12
3.3流程组合 13
3.4板式换热器的性能特点 13
3.5全焊式板式换热器的性能分析 15
3.6本章小结 16
第四章 板式换热器的选型计算 17
4.1无相变时一般设计计算方法 17
4.2设计的一般要求 18
4.3热力学设计计算 19
4.3.1 总换热量的计算 19
4.3.2 冷、热流体板间流速的计算 20
4.3.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
介质的雷诺数计算 20
4.3.4 介质的努赛尔数计算 21
4.3.5 冷热介质对流传热系数计算 21
4.3.6 传热单元数NTU的计算 22
4.3.7 总传热系数的计算 23
4.3.8 换热面积的计算 24
4.3.9流程数的计算 24
4.3.10 压降的校核计算 25
4.3.11计算实际换热面积 25
4.4 板片与板束 25
4.5经济性与现实性分析 27
451经济性分析 27
452现实性分析 29
4.6 本章小结 29
总结 31
致谢 32
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 课题的背景、目的、意义
根据国务院印发《循环经济发展战略及近期行动计划》战略方针，我国把发展循环性经济作为一项重大的战略决策。在全球能源供应不足的大背景下，余热回收、节能减排将会成为节约能源的有效手段和措施。
在船舶余热回收利用领域，船舶柴油机余热有较大的回收价值。柴油机作为船舶动力的主要来源，其排气余热约占燃料总热值的34%左右。利用超临界二氧化碳布雷顿循环可以更多的回收这部分余热，提高主机热效率，降低船舶运行成本。超临界二氧化碳布雷顿循环的使用，使得设备尺寸减小，会大大节省船舶空间。而布雷顿循环对换热器的效率和压损很敏感，换热器的选择对循环效率及机组本身有重大影响，本文也将会对换热器的选型计算这一方面进行重点叙述与讲解。
节能减排作为我国发展循环经济的一项重要举措，回收船舶余热、减少能源消耗对我国实现节能减排有重要的现实意义。例如，当某船利用余热汽轮发电机代替柴油发电机时，年节油量即为被替代发电机组每年的燃油消耗量，其耗油量G可表示为:
（吨） (11)
式中，
被汽轮机替代的柴油机功率；
每年海上航行有效运行天数；
为耗油率(）。
以某船的余热驱动的汽轮发电机节油为例。设其功率为300kW，海上航行天数为220天，被替代柴油机的耗油率按175计算，则每年可节油约为277.2吨，按柴油每吨价格2800元计，可节约燃油费用77.61万元。可见船舶余热回收利用的应用将会有重大的经济意义。
1.2 国内外余热回收利用技术的发展状况
1.2.1 国外余热回收利用情况
上世纪70年代末，ABB公司首先提出了大型船舶上柴油机排气能量的余热回收技术，即在发动机上安装动力涡轮用来回收船用二冲程和四冲程柴油机中的排气余热。(ABB公司——ABB是全球电力和自动化技术领域的领导企业，致力于工业、能源、电力、交通和建筑行业为客户提供解决方案，帮助客户提高生产效率和能源效率，同时降低对环境的不良影响。）
据ABB报道，单独使用动力涡轮，最大可回收主机功率5%，而结合汽轮机采用联动方式，最大主机功率10%。对于大型集装箱船，每年可节省燃油5000吨。图11是六国两组织（日本、美国、德国、英国、法国、瑞士、欧洲还有世界）在余热回收利用领域的专利分析饼状图，由图可知，日本在余热回收利用领域专利所占的比重是最大的，为54.78％，占据大半数；德美两国所占的比重大致相同；相比于其他国家，我国在这一领域的专利比重却只有0.24％，明显落后于其他发达国家和地区。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景、目的、意义 1
1.2 国内外余热回收利用技术的发展状况 1
1.2.1 国外余热回收利用情况 1
1.2.2 国内余热回收利用情况 3
1.3主要研究内容 3
1.4本章小结 4
第二章 船用布雷顿循环系统研究 5
2.1 船用布雷顿循环系统原理 5
2.2超临界二氧化碳的性质 6
2.3 换热器的主要类型 6
2.4本章小结 11
第三章 板式换热器简介 12
3.1板式换热器发展概述 12
3.2板式换热器的基本构造 12
3.3流程组合 13
3.4板式换热器的性能特点 13
3.5全焊式板式换热器的性能分析 15
3.6本章小结 16
第四章 板式换热器的选型计算 17
4.1无相变时一般设计计算方法 17
4.2设计的一般要求 18
4.3热力学设计计算 19
4.3.1 总换热量的计算 19
4.3.2 冷、热流体板间流速的计算 20
4.3.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
介质的雷诺数计算 20
4.3.4 介质的努赛尔数计算 21
4.3.5 冷热介质对流传热系数计算 21
4.3.6 传热单元数NTU的计算 22
4.3.7 总传热系数的计算 23
4.3.8 换热面积的计算 24
4.3.9流程数的计算 24
4.3.10 压降的校核计算 25
4.3.11计算实际换热面积 25
4.4 板片与板束 25
4.5经济性与现实性分析 27
451经济性分析 27
452现实性分析 29
4.6 本章小结 29
总结 31
致谢 32
参考文献 32
第一章 绪论
1.1 课题的背景、目的、意义
根据国务院印发《循环经济发展战略及近期行动计划》战略方针，我国把发展循环性经济作为一项重大的战略决策。在全球能源供应不足的大背景下，余热回收、节能减排将会成为节约能源的有效手段和措施。
在船舶余热回收利用领域，船舶柴油机余热有较大的回收价值。柴油机作为船舶动力的主要来源，其排气余热约占燃料总热值的34%左右。利用超临界二氧化碳布雷顿循环可以更多的回收这部分余热，提高主机热效率，降低船舶运行成本。超临界二氧化碳布雷顿循环的使用，使得设备尺寸减小，会大大节省船舶空间。而布雷顿循环对换热器的效率和压损很敏感，换热器的选择对循环效率及机组本身有重大影响，本文也将会对换热器的选型计算这一方面进行重点叙述与讲解。
节能减排作为我国发展循环经济的一项重要举措，回收船舶余热、减少能源消耗对我国实现节能减排有重要的现实意义。例如，当某船利用余热汽轮发电机代替柴油发电机时，年节油量即为被替代发电机组每年的燃油消耗量，其耗油量G可表示为:
（吨） (11)
式中，
被汽轮机替代的柴油机功率；
每年海上航行有效运行天数；
为耗油率(）。
以某船的余热驱动的汽轮发电机节油为例。设其功率为300kW，海上航行天数为220天，被替代柴油机的耗油率按175计算，则每年可节油约为277.2吨，按柴油每吨价格2800元计，可节约燃油费用77.61万元。可见船舶余热回收利用的应用将会有重大的经济意义。
1.2 国内外余热回收利用技术的发展状况
1.2.1 国外余热回收利用情况
上世纪70年代末，ABB公司首先提出了大型船舶上柴油机排气能量的余热回收技术，即在发动机上安装动力涡轮用来回收船用二冲程和四冲程柴油机中的排气余热。(ABB公司——ABB是全球电力和自动化技术领域的领导企业，致力于工业、能源、电力、交通和建筑行业为客户提供解决方案，帮助客户提高生产效率和能源效率，同时降低对环境的不良影响。）
据ABB报道，单独使用动力涡轮，最大可回收主机功率5%，而结合汽轮机采用联动方式，最大主机功率10%。对于大型集装箱船，每年可节省燃油5000吨。图11是六国两组织（日本、美国、德国、英国、法国、瑞士、欧洲还有世界）在余热回收利用领域的专利分析饼状图，由图可知，日本在余热回收利用领域专利所占的比重是最大的，为54.78％，占据大半数；德美两国所占的比重大致相同；相比于其他国家，我国在这一领域的专利比重却只有0.24％，明显落后于其他发达国家和地区。
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