以液化天然气为冷源的超临界CO_2-跨临界CO_2冷电联供系统

为了提高超临界CO2布雷顿循环(SCO2循环)的低温余热回收效率,采用跨临界CO2循环(TCO2循环)作为底循环对再压缩式SCO2循环进行余热回收,并采用液化天然气(LNG)为冷源对工质进行冷凝,建立了以LNG为冷源的再压缩式SCO2-TCO2冷电联供系统,以同时输出电量和制冷量。对系统进行火用分析比较,并研究了关键热力参数对系统净输出功率、制冷量、系统热效率和系统火用效率的影响。结果显示:使用LNG作为冷源,降低了TCO2循环的冷凝温度,提高了低温回收热效率,系统的热效率(动力)在给定的条件下达到54.47%;提高LNG的入口温度,可以减小系统火用损;高温回热器换热效率增加,系统热效率和火用效率均增加;SCO2透平膨胀比增加,系统热效率降低,但火用效率增加;TCO2透平进口压力升高,系统热效率和火用效率均呈现先减小再升高后减小的变化趋势;随着冷凝温度升高,系统热效率降低,但火用效率先减小后增加。     

烧结冷却废气余热有机朗肯循环发电系统性能分析

以烧结矿环冷机末端出口流量为7.6×105 m~3/h、平均温度为170℃的冷却废气为研究对象,基于低温余热有机朗肯循环系统,采用R123,R245fa和R600作为循环有机工质,研究工质蒸发温度、过热度和冷凝温度对系统性能的影响。研究结果表明:系统净输出功率和总的不可逆损失随工质蒸发温度、过热度和冷凝温度的增大而逐渐减小;系统热效率随蒸发温度增大而增大,而随冷凝温度增大而减小,工质过热度增大对系统热效率的影响不大;当系统操作工况一定时,工质R600的净输出功率最大,而工质R123的系统热效率最高,且总不可逆损失最小;在实际操作过程中,为了获得较大系统净输出功率,应选择R600作为循环有机工质,设定蒸发器出口工质为饱和蒸汽状态,并采用较低的工质冷凝温度。     

朗肯循环海洋温差能发电系统性能理论分析与试验

 针对海洋温差发电系统中效率低的问题,对海洋温差发电朗肯循环进行了理论分析,建立了系统中关键设备数学模型,计算了发电系统循环热效率、净输出功率。通过计算得到：当透平进口气体温度和冷凝温度一定时,循环热效率随透平进口气体压力的增大先升高后降低,且存在最大值。研建了15 kW朗肯循环海洋温差能发电系统并试验验证,得到了在模拟海洋温差下循环热效率随各参数的变化趋势与规律,同时与理论计算结果比较,验证了理论计算结果的可靠性。     

在煤富氧燃烧下的超临界CO_2再压缩循环的热力学分析

为了降低发电系统碳捕集的能耗以及提高电站整体供电效率,提出了一种基于煤富氧燃烧的超临界CO_2再压缩循环复合发电系统,并对系统进行了热力学分析与参数敏感性分析。结果表明,通过空分装置与热力系统集成可以使系统供电效率提高到43.75%,比无集成系统提高1.93%。锅炉损占总损的比例(82.29%)最大,回热器损占总损的比例(8.85%)次之。通过参数敏感性分析可以得到最佳透平出口压力是由循环最低温度所决定的,最佳透平出口压力曲线与CO_2饱和压力曲线基本重合;透平出口压力处于最佳值时,压比越大,供电效率越高。利用遗传算法对系统进行优化并与采用冷端优化后的超超临界燃煤机组进行对比,结果表明,在平均冷却水温度低于27℃的区域,该系统具有更高的供电效率以及更好的热经济性。     

跨临界CO2制冷循环性能的研究

文中对理想的跨临界ＣＯ２制冷循环,进行了理论分析和性能计算,揭示了该循环的一些特点：对于一定的冷却器出口温度,对应一个使系统性能系数最佳的冷却压力,而且系统性能系数最佳时的冷却器出口温度与冷却压力的对应关系,可以用一个简单的代数式表示;提高蒸发温度可显著提高循环的性能系数;当冷却压力较低时,提高循环的吸气过热度,可显著地提高系统的性能系数;冷却器出口温度越高,效果越明显,当蒸发温度和冷却器出口温度较高时,减小回热器传热温差,可有效地提高系统的单位容积制冷量和性能系数．这些结论,对于跨临界ＣＯ２制冷系统的运行操作具有重要的指导作用．     

自复叠制冷循环双温冰箱设计的理论研究

为了给冰箱提供不同的闻室温度来满足储存要求,将采用非共沸混合制冷剂的自复叠制冷循环应用于双温冰箱系统,研究了两间室蒸发器出口温度、冷凝器出口温度、冷藏室与冷冻室制冷量比例及冷凝蒸发器高压侧出口过冷度的变化对冰箱系统优化设计的影响.结果表明:系统性能系数随着冷藏室和冷冻室蒸发器出口温度的降低、冷凝器出口温度的升高而减小;提高两间室制冷量的比例可增大性能系数,但压缩机耗功和压力比也同时增大;增大冷凝蒸发器高压端出口侧制冷剂的过冷度可以减小压缩机耗功,提高系统性能系数.研究结果对于自复叠双温冰箱的实际推广提供了参考.     

一种用于内燃机排气能量回收的新型布雷顿循环系统

为回收涡轮增压内燃机排气(IC)能量,提出一种新型布雷顿循环系统:在增压系统耦合1个高速电机作为布雷顿循环负载,回收涡轮功率;将内燃机视为布雷顿循环的燃烧器,通过改变其运行参数来调节布雷顿循环工质状态和参数。以某增压柴油机为研究对象,根据试验数据建立并标定循环系统的GT-Power仿真模型。研究不同转速下涡轮旁通阀开度、进气压力和循环喷油量对布雷顿循环性能参数的影响。研究结果表明:该布雷顿循环可以有效回收排气能量;涡前流量、压力和温度与布雷顿循环输出功率及热效率呈正相关;随进气压力增大,布雷顿循环功率和效率先增大后减小;循环喷油量增大,布雷顿循环输出功率和效率均增大,但系统总效率下降;当转速为3 400 r/min时,最大输出功率为18.30 kW,最大循环热效率为9.51%;系统总热效率相对于原机提高5.74%。     

具有喷射制冷的SOFC/TRCC电冷联供系统4E分析

提出了一种通过跨临界CO₂循环(TRCC)和喷射制冷循环(ERC)回收固体氧化物燃料电池/燃气轮机(SOFC/GT)余热的新型电冷联供系统.在工程求解器(EES)软件环境下建立了系统的数学模型，从能量、■、环境和经济(4E)的角度对系统进行研究，分析了关键参数变化对系统性能的影响.结果表明：联供系统在设计工况下净输出功率为272.874 kW,可向用户提供15.785 kW冷负荷，系统总成本为0.288 8元/(kW·h);系统总发电效率、总■效率和能源综合利用效率分别为68.12%、66.60%和72.06%;增加燃料利用率或提高SOFC入口温度和增大TRCC透平入口压力都可提高联供系统的■效率，当空燃比达到10.88时，系统■效率达到最大值66.94%;增大燃料利用率和SOFC入口温度或降低TRCC透平入口压力可降低系统总成本，在空燃比为10.57时达到最小值0.280 8元/(kW·h).     

超临界二氧化碳的自然循环流动特性

为了探究超临界二氧化碳(sCO₂)自然循环的流动特性,在系统压力为7.6～10.2 MPa和加热段入口温度为16～33℃的宽参数范围内,进行了sCO₂自然循环流动特性实验研究,详细分析了加热段入口温度、系统压力、回路结构、冷热段温差等对循环特性的影响,并将实验结果和理论模型结果进行比较.结果表明:sCO₂自然循环的稳态质量流量随加热功率的提高先快速增加,达到峰值后开始缓慢降低;加热段入口温度、系统压力、回路结构、冷热段温差均显著影响sCO₂自然循环的质量流量.理论模型的计算结果和实验结果一致,验证了理论模型的准确性.该结果可为设计高效的sCO₂自然循环系统提供参考.     

湿空气透平循环的压缩空气储能热电联供系统热力学分析

为提高传统压缩空气储能系统(CAES)的发电功率和能量利用率,设计了一种热电联供型湿空气透平循环的压缩空气储能系统(CAES-HAT),其将水作为压缩过程储热介质、通过合理利用压缩热和排气热量、以湿空气和水为工质分别对外输出电量和热量,同时分析了关键参数对系统燃烧室燃料质量流量、透平功率、供电量、供热量和系统效率的影响,揭示了释能机组进口工质温度随参数变化的规律。研究结果表明,与传统CAES相比,CAES-HAT具有更高的发电功率和效率,在给定系统条件下机组发电功率增加19.17%,达到354.75MW,供热功率达到66.36MW,相同发电量下节省燃料18.17%,系统效率达到58.14%。释能机组的参数对发电功率影响明显,供电量和供热量对水气比变化敏感,该结果可为CAES系统优化提供参考。     

商用高温气冷堆氦气透平循环发电热力学参数分析和优化

随着反应堆出口温度的提高,高效的动力转换技术已经成为(超)高温气冷堆的一个趋势。该文在HTR-10、HTR-10GT和HTR-PM研究的基础上,针对更高的堆芯出口温度,对高温气冷堆氦气透平循环的热力学参数进行分析、优化和设计。通过建立高温气冷堆的数学模型和优化模型,结合更符合工程经验的约束条件,确定了高温气冷堆氦气透平循环的2个设计工况点:1)接近目前工程经验的工况点,堆芯出口温度为850℃,继承HTR-10GT氦气压气机和透平的设计经验,循环压比为2.47,循环效率为47.60%;2)略带前瞻性的工况点,堆芯出口温度为900℃,堆芯入口温度为550℃,压气机压比为2.75,此时循环效率为48.92%。该文还基于这2个工况点对高温气冷堆氦气透平循环参数进行设计,将会对未来开发高温气冷堆闭式Brayton循环提供帮助。     

串并联双压力蒸发卡林纳循环的性能分析

在卡林纳循环和串联的双压力蒸发卡林纳循环(DPV-KC)的基础上提出了一种串并联双压力蒸发卡林纳循环(DPV-KC2).通过设置压力相对较低的第二蒸发器,与第一蒸发器的液体加热段并联,第二蒸发器出口蒸气进入透平低压级段膨胀作功,使热源得到梯级利用,从而可以提高热源的动力回收效率.在外界冷热源温度相同的条件下,通过热力学原理对DPV-KC2、DPV-KC和基本型卡林纳循环的性能进行了分析.结果表明,在热源温度和冷却水温度分别为400和25℃、工作浓度和基本浓度分别为0.5和0.314、第一蒸发器露点温度和工质入口过冷度分别为290℃和15 K、第二蒸发器工质出口过热度为60 K时,DPV-KC2系统的动力回收效率达到26.34%,比单蒸发压力卡林纳循环提高了17.3%,比串联布置蒸发器的DPV-KC提高了3.58%.     

间接氦气循环高温堆透平回路的温度和压力响应

通过对间接氦气循环高温气冷堆透平发电装置透平回路的数学建模,初步建立了一套透平回路的动态分析工具。通过中间换热器一次侧入口温度增长的扰动,说明根据现有的设计,预冷器和间冷器二次侧的冷却水对透平回路具有良好的冷却能力。通过对透平回路压力响应的分析,可见透平、低压压气机、高压压气机3个设备将全回路明显地分为3个具有不同压力变化幅度的区间。     

恒功率控制柱塞泵变量特性的设计及特点

恒功率控制轴向柱塞泵的特点是在输入转速不变的条件下,泵的流量随输出压力的增高而减小,随输出压力的降低而增大,泵的输出功率基本恒定。这使原动机能充分发挥其能力,减少功率消耗。恒功率变量特性的设计计算是实现泵的变量性能的基本保证。     

利用化工过程余热的有机工质向心透平气动性能分析

针对化工蒸馏过程产生的余热(121~146℃),采用R600a工质,进行了150kW级的有机工质向心透平初步设计.在通过一维气动计算获得有机工质向心透平初步结构参数和性能参数的基础上,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟研究了有机工质向心透平设计工况的气动特性,获得了总体性能及流场分布情况.研究结果表明,在透平入口温度110℃、透平入口压力1.6 MPa条件下,有机工质向心透平质量流量4.17kg/s、压比3.2、效率82.7%、输出功率150.5kW,在设计工况下流动顺畅,效率高,满足有机工质发电系统对膨胀机的要求.研究成果可以为化工过程余热利用的有机工质向心透平设计提供基础数据.     

国Ⅵ天然气发动机朗肯循环余热回收研究

为了提高发动机热效率,降低热负荷,文章针对玉柴某型发电用国Ⅵ天然气发动机设计了一套同时吸收发动机尾气和废气再循环系统(exhaust gas recirculation, EGR)热量的多热源水蒸汽朗肯循环余热回收系统;利用Aspen Plus软件建立了系统仿真模型,研究了不同蒸发压力和工质流量对系统效率的影响。结果表明:蒸发压力恒定时,随着工质流量增加,余热回收系统总效率先增大后缓慢减小;循环流量恒定时,随着蒸发压力的上升,余热回收系统总效率先逐渐增加后小幅度降低。针对该发动机常用工况,选取了最佳蒸发压力3 MPa和工质流量0.035 kg/s,此时系统最大净输出功率为20.26 kW,为原发动机功率的7.24%。     

变冷凝工况地热有机朗肯循环发电系统

针对有机朗肯循环发电系统中冷凝介质温度随环境温度变化而变化,地热源载热流体参数恒定的问题,采用EES软件计算分析了饱和有机朗肯循环发电系统在使用工质R245fa和R601a时输出净功随冷凝介质温度变化的规律,同时分析了膨胀机最佳入口温度、膨胀比和工质流量3个主要参数的变化。结果表明：当地热流体温度为130 ℃,冷凝介质温度从30 ℃降到0 ℃时,有机工质在膨胀机入口的最佳温度升高且波动幅度达15 ℃,同时系统净输出功增长达120%;工质质量流量增加超过30%,膨胀比增大约2倍。     

海洋温差能发电系统新型热力循环理论分析

 海洋温差能发电系统新型热力循环在Kalina循环基础上增加贫氨溶液回热支路和抽气回热支路以提高热力循环效率。应用能量守恒原理和热平衡方程对新型热力循环--国海循环进行理论研究,计算了不同的透平入口蒸汽压力、氨水混合工质浓度、温海水温度和冷海水温度条件下的循环效率。理论计算结果表明,氨水混合工质浓度对国海循环效率影响显著,冷热源温度确定的条件下存在最优的氨水混合工质浓度使得循环效率最高,当温、冷海水温度分别为26、5℃,氨水工质浓度为92%时,系统效率最大达到4.56%;当氨水混合物浓度不变时,循环效率随透平入口蒸汽压力的升高先升高后降低,存在极大值;冷海水入口温度对循环效率影响很明显,而温海水温度对循环效率影响较小。     

小型燃气轮机湿空气透平循环变工况性能

基于一小型分轴燃气轮机试验系统上的湿空气透平(HAT)循环试验,研究了在低参数下HAT循环对燃气轮机性能的改善情况及其变工况性能表现. 试验在等燃油量和等涡轮进口燃气温度2种控制工况下进行.结果表明：等燃油量控制下,湿空气的含湿量增大,可增加循环输出功率,降低燃气初温,同时减少NOx排放;等燃气初温控制下,增大含湿量可以大幅增加循环输出功率.在燃气轮机部件特性的基础上,对HAT循环变工况性能进行了仿真.计算结果表明：随着空气含湿量的增加,HAT循环中的比功和效率较简单循环都有较大改善;在相同的进气流量、燃气初温和输出功率下,增大空气含湿量能增加压气机的喘振裕度,提高运行安全性.     

跨临界二氧化碳循环分析

本文中为了优化空调系统跨临界二氧化碳循环性能系数(COP),制定了一个数学模型。对模型的分析表明,非单调(nonmonotonically)跨临界二氧化碳循环变化的COP与散热压力有关;对应于最高COP值存在一个最佳的散热压力。最优值散热压力主要依赖于气体冷却器的出口温度、蒸发温度和所选压缩机的性能。基于周期模拟,可以得出在适当参数下的最佳高压压力的相关性条件。