船用燃气轮机超临界CO_2/有机闪蒸余热回收循环的热力学分析

为了提高船用燃气轮机效率并降低排烟温度,提出一种由超临界CO_2循环和有机闪蒸循环组成的新型余热回收循环:该循环中超临界CO_2循环回收高温烟气,有机闪蒸循环回收低温烟气。对该系统进行了热力学分析和以循环净功率为目标函数的优化分析,结果表明:在基本工况下,接入该余热回收循环后的燃气轮机热效率和■效率高达50.4%和68.93%,比未接余热回收循环的燃气轮机热效率提高了44%,■效率提高了43.6%;冷凝器■损最大,为842.04 kW,占余热回收循环总■的6%;当CO_2压气机压比越大、加热器1和加热器2的端点温差越小时,余热回收循环的净功率越大;有机闪蒸循环的蒸发温度处于最佳值时,余热回收循环净功率最大;当有机工质为对二甲苯时,该余热回收循环的净功率最高,为9 759.64 kW,最终排烟温度最低,为177.6℃。     

环境温度对E级燃气-蒸汽联合循环机组全工况影响

研究对象为PG9171E型燃气轮机为顶循环的联合循环机组,构建了燃气-蒸汽联合循环系统变工况模型.通过改变环境温度及相应边界条件,分析了环境温度对联合循环机组全工况性能及调峰能力的影响情况.结果表明:以性能保证工况作为基准工况,降低大气温度,以冬季工况为代表,其全工况性能优于基准工况,效率比基准工况提高幅度为1.69%~3.75%,其出功增加幅度为11.48%~11.57%;提高大气温度,以夏季工况为代表,其全工况性能劣于基准工况,效率降低幅度为2.56%~5.08%,其出功降低幅度为10.44%~10.58%;对于机组的调峰能力,随着环境温度的升高,机组的调峰能力在降低,-20℃时联合循环机组最大、最小发电负荷分别为47.63,242.62 MW;40℃时最大、最小发电负荷分别为39.14,172.12 MW,全年温度范围内调峰幅度为132~194 MW.      

环境温度对余热驱动的有机朗肯循环系统性能的影响

研究了环境温度改变对余热驱动的有机朗肯循环系统性能的影响.在循环工质为HFC-245fa(1,1,1,3,3-五氟丙烷),环境温度为25℃时,系统输出功偏离额定工况达30%以上.而在环境温度上升时,由于循环的平均温度与环境间的温差减小,系统总不可逆损失减小.研究结果表明应根据各地的实际情况,合理地选择额定工况点,使系统始终工作在额定工况点周围,有助于其有效、稳定的工作.     

SOFC/Micro-GT混合循环系统性能分析

基于总能系统概念讨论固体氧化物燃料电池/微型燃气轮机(SOFC/Micro-GT)间接混合发电系统及其特点,建立SOFC电池堆及系统的物理、数学模型,对700kW级混合系统的稳态全负荷运行工况进行分析,结果表明混合系统净发电效率可达68.3%,加上回收的余热,系统整体热效率可达82.9%。该文还探讨了燃料利用率、平均电流密度、电池温度、压力及蒸汽/碳比等主要参数对系统性能的影响规律,为SOFC/Mciro-GT混合发电系统的设计、优化提供参考依据。     

低温双循环螺杆机组发电量与转动扭矩的关系

为了探究低温发电系统的最佳转速,以及初始耗功量对整个系统输出功的影响问题,提出了基于测量扭矩的方法来达到解决上述问题的目的.通过对系统在不同温度工况下的实验研究,揭示了初始扭矩与转速之间的内在关系,进一步得到初始耗功量占系统总输出功的比重.结果表明:不同工况下,确实存在最佳转速,该转速下螺杆机对外输出功最大;初始耗功量在低温区对系统输出功影响很大,随着热源温度的增加初始耗功量占最大输出功的比值趋于33%.     

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).     

有机朗肯循环混合工质的热力学分析

有机朗肯循环是利用低品位余热的关键技术之一,在一定程度上可有效缓解能源危机。相比于传统的纯工质,混合工质因其在换热器中具有温度滑移特性,可以更好地与热源进行耦合。因此选用混合工质可以使机组的效率得到更进一步的提升。通过采用二次迭代的方法,热源温度为120℃时,理论分析了以R245fa为参考的6种混合工质对,其混合比例对系统输出功与效率的影响。结果表明:工质吸热量一定的情况下,系统采取混合工质可以获得比纯工质更高的输出功、热效率。当吸热量为197.29 k W时,以纯R245fa为工质的系统最大输出功与热效率分别为11.98 k W与6.07%。存在最佳混合工质对R113/R245fa(质量分数0.7∶0.3),相比于纯工质R245fa,输出功与热效率分别提高了22.87%和22.89%。同时发现,无量纲积分温差ΔT~*与系统净输出功、热效率之间存在反比关系。当工质为R113/R245fa(质量分数0.7∶0.3)时,在最大净输出功工况下,6种混合工质对下的最小值ΔT~*为0.233。     

储能压力对液态压缩空气储能系统特性的影响

为了探究液态压缩空气储能系统工作参数对系统性能的内在作用机理及系统能效提升方法,建立了该系统的热力学模型。应用Aspen Plus软件进行流程仿真,对系统进行了热力学特性分析,并深入研究了液态空气储能压力对系统各单元及系统能效的影响规律。研究结果表明:较高品位的压缩余热和较小的循环空气流量可有效提升系统余热再利用率,显著提升系统性能;当储能压力由0.86 MPa提升至1.67 MPa时,系统压缩热的品位得以提升,膨胀机级间再热温度由114℃提升至160℃,同时可降低循环空气流量约0.5%,使得压缩机耗功降低,同时膨胀机输出总功增加,系统效率由31.61%提升至42.54%;储能压力的提升有利于降低低温储罐漏热,并减少制冷膨胀机出口带液量,可进一步改善系统的整体性能。     

基于太阳能制氢和高温质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统性能分析

设计了一种基于太阳能制氢和高温质子交换膜燃料电池的冷热电联供系统,运用Matlab软件搭建了该联供系统的数学模型,分析了该系统在额定工况下的运行情况。重点研究了变压吸附分离率、高温质子交换膜燃料电池电流密度、工作温度等关键参数对系统?效率和一次能源利用率以及系统输出的冷热电负荷的影响。研究结果表明:在额定输入甲醇流率下,该联供系统白天制氢的6 h期间输出功率为236.68 kW,同时还可为工厂提供1 180.30 kW的热负荷及165.14 kW的冷负荷; 24 h内可输出电功2.30×10⁷ kJ,输出热负荷2.55×10⁷ kJ,冷负荷1.43×10⁷ kJ,联供系统24 h的?效率为69.18%,一次能源利用率为91.69%;联供系统中?损最大的设备依次是燃烧室、换热器3和太阳能重整器。     

ORC利用工业锅炉烟气余热发电技术经济性评估

对ORC利用工业锅炉烟气余热发电系统进行经济性评估,采用不同换热器结构,对不同工质和余热温度下ORC系统净输出功、单位装机容量投资成本、发电成本和投资回收年限进行对比分析。结果表明,随着烟气流量和温度的增大,系统投资回收年限减小;以采用R123和FS换热器组合(管翅式蒸发器与壳管式冷凝器组合)时经济性最优,单位装机容量成本为23 800元/kW,单位发电成本为0.285元/kWh,投资回收年限为5.58年,净输出功为91.5kW;采用SS(蒸发冷凝器均为管壳式换热器)换热器组合时,经济性最差。热经济分析表明,R123最适合作为ORC利用工业锅炉烟气余热发电系统的工质。     

钠碱法烟气脱硫工艺技术

采用乙烯废碱液作为吸收剂, 对模拟烟气进行钠碱法烟气脱硫实验. 主要考察了进口烟气温度、烟气含氧量、液气比、进口烟气SO₂ 浓度、烟气流速对脱硫效率的影响, 并对采用该工艺技术的某厂进行经济效益分析, 得出脱硫效率达到95% 以上的工艺参数: 进口烟气温度80~90 ℃、烟气含氧量5%~6%、液气比3.5 L/m³、烟气流速3.5~4.5 m/s 等. 以2.0% NaOH 和7.2% Na₂CO₃ 平均浓度及以上浓度乙烯废碱液的脱硫效率较高. 此外, 乙烯废碱液在烟气速度较低时具有一定的发泡趋势.     

基于模拟退火算法的低温余热发电系统参数优化

为提高低温余热发电系统的综合性能,以单位发电量所需换热面积为目标函数,采用模拟退火算法对ORC系统的参数进行优化。研究结果表明:当热源温度和流量分别为120℃与62 kg/s,蒸发器内最小传热温差为10℃时,蒸发器内的最佳压力和流速分别为0.615 MPa与1.23 m/s;冷凝器内的最佳压力和流速分别为0.102 MPa与1.37 m/s;与传统算法相比,优化结果使单位发电量所需换热面积减少23%。随着热源温度的升高,最优目标函数值先降低后升高,在热源温度为200℃时达到最低值;综合考虑目标函数值及系统输出净功,蒸发器内合适的最小传热温差为15℃。     

烧结镁砂煅烧竖炉内气固传热特性数值分析

以年产5×10⁴ t烧结镁砂竖炉为研究对象,基于多孔介质理论,建立竖炉内三维稳态气固流动传热模型,并模拟研究竖炉热工参数对床层内气固传热过程的影响.研究结果表明:冷却风流量每增加10%,出口烟气温度降低50℃,出口球团温度降低80℃;冷却段长度每增加5%,出口球团温度降低25℃.以竖炉出口烟气温度和球团温度为优化目标函数,得到竖炉最适宜结构和操作参数,即煅烧风流量为2 606.67 m³/h,冷却风流量为2 203.34 m³/h,预热煅烧段长度为6.64 m,冷却段长度为11.70 m.在此竖炉运行工况下,出口球团温度为288.75℃,出口烟气温度为414.32℃.     

烟道气双注采油工艺研究

为改善油区断块开发效果对开发方式进行了优化 ,确定烟道气驱为最佳开采方式 .即将烟气与高压含油污水混合 ,同时从油管注入油层 ,并建成一套注入系统装置 .试验表明 :处理注入烟气这套装置用于不干扰锅炉正常燃烧条件下烟气采集 ;将温度降低 1 40～ 1 6 0℃以满足压缩机入口条件 ;利用旋流子进行离心和纤维过滤 ,将 95 %～ 98%的烟尘滤除 ;脱水之后使其露点降到 - 2 0℃以达到深度除水 ;两级压缩以达到油层要求的注气压力 1 5 MPa;加入泡沫剂或缓蚀剂等 ,以满足油层所需药量及药压 .现场生产初步验证 ,注烟气的效果介于注 CO2 气和注 N2 气之间 .在单纯蒸汽吞吐已不能产油时 ,经烟道气双注后 ,原油日产量达到 2 6 t,取得明显效果 .     

改性活性炭纤维负载锰铈复合氧化物低温选择性催化还原脱硝

采用Ce-MnOx/ACFN对烟气进行低温选择性催化还原脱硝实验,分别考察了活性炭纤维(ACF)改性、Ce-MnOx负载量和Ce/Mn摩尔比以及操作条件对脱硝效率的影响.在70～110℃条件下,Ce-MnOx/ACFN作为选择性催化还原脱硝的催化剂具有良好的活性,其脱硝效率随烟气温度升高而升高.催化剂载体活性炭纤维经硝酸改性后脱硝效率有明显提高.随着Ce-MnOx负载量增加和Ce/Mn摩尔比增加,脱硝效率先升高后降低.随着入口烟气NH3/NO摩尔比增加,脱硝效率先升高后趋于稳定.当入口烟气中水蒸气体积分数大于8%时,脱硝效率随其增加而降低.     

O2/CO2气氛下燃煤过程中SO2排放特性实验

通过沉降炉对O2/CO2气氛和空气气氛下煤粉燃烧过程中SO2排放特性进行实验,结果表明,随燃料/氧化学当量比的增加,烟气中SO2浓度升高,单位煤生成SO2的量随燃料/氧化学当量比的增加而减少.在实验条件下,不加石灰石时,气氛和温度对SO2的生成无明显影响,SO2的生成量只与煤中含硫量以及煤的种类有关.当煤中加入石灰石后,O2/CO2气氛下SO2的排放量远小于空气气氛下,这主要是因为石灰石在O2/CO2气氛下取得的脱硫效率大大高于空气气氛下的脱硫效率.     

残极集气系统对无组织烟气减排的作用

残极冷却过程中的无组织排放是铝电解HF进入大气的主要方式.针对该问题，开发了残极集气系统，研究了不同烟气流速下，残极集气系统内残极的温度变化、HF散发规律，以及该系统对HF无组织排放的减排效果.结果表明，残极集气系统可有效降低残极冷却过程中的无组织排放.残极进入集气系统的初始温度为920℃，降温速度先快后慢.HF质量浓度随烟气流量加大而增加，随烟气温度降低而减少，通过拟合函数进行了相关性分析.运行4h时，HF的累计散发量达到总散发量的95%以上.在最优烟气流速4000m³/h时，氟化物的无组织排放较无减排措施时降低0.201kg/t(吨铝减排量).     

涡旋制冷压缩机外部冷却的研究

为具有外冷结构的涡旋制冷压缩机的工作过程建立了热力学模型,并研制了实验室样机,该压缩机的冷却结构可以深入到样机内部,其冷却效果更好.在搭建的相关冷却水循环回路中对无水冷和不同进口水温下的性能参数进行了测试,结果表明:相对于无水冷的工况,当进口水温为25℃时,输入功和排气温度分别降低了11.9%和36%,制冷量和容积效率分别提高了11%和12.7%,系统的制冷系数COP提高了26.2%;对于有水冷的工况,当进水温度从55℃降低到15℃时,系统的COP约提高1.5%,排气温度从86℃降低到64℃,降低了22℃,水和压缩机的换热量从1 261W升高到2 507W,提高了1 246W.模拟结果与实验结果吻合良好.