利用低温烟气余热的吸收-压缩复合热泵系统

针对工业过程中大量低温烟气直接排放带来的能源浪费和热污染问题,本文提出一种吸收-压缩复合热泵系统,回收200℃以下的低温烟气余热,制备0.5 MPa工艺蒸汽。该系统将热压缩和机械压缩有机结合,利用烟气高温段余热驱动热压缩过程,替代了部分机械压缩耗功,烟气低温段余热用于氨液在蒸发器的气化,氨气在吸收器中被稀氨水吸收,放出的热量用于生产工艺蒸汽。建立了系统热力学模型,模拟了系统设计工况的热力性能,每100 kW低温烟气,仅需耗电4.81 kW,便可制得25.33 kW高温热量(高于152℃)。进一步研究了发生压力、浓溶液质量分数,精馏塔塔顶温度对系统性能的影响,为系统热力性能优化提供了理论依据。本研究为利用低温工业余热制备工艺蒸汽提供了一种新方法。     

采用焦炉煤气为燃料的SOFC-CCHP流程方案研究

本文基于分布式能源利用的思想,以固体氧化物高温排气驱动制冷机系统及供热系统同时产出一定量的电功、冷量和热量实现能量的梯级利用。通过ASPEN PLUS软件对SOFC-CCHP系统建模,设计出两种SOFC-CCHP流程方案——热水型余热锅炉系统和蒸汽型余热锅炉系统,并对系统进行分析。研究得到在两系统SOFC效率为55.17%时,采用蒸汽型余热锅炉比采用热水型余热锅炉系统净电效率提高2.58%,总效率提高了3.04%;此外采用热水型余热锅炉产生的热媒水量和制冷量也低于采用蒸汽型余热锅炉的系统,这是由于热水型余热锅炉损失较大,因此采用蒸汽型余热锅炉SOFC-CCHP系统有较好的经济性,应用前景广泛。     

双热源型复叠式高温热泵系统性能研究

设计了以热源型冷凝蒸发器为核心部件的双热源复叠式高温热泵系统,该复叠式高温热泵系统能够同时对中、低温两种热源进行复合利用。搭建了试验台,按照国家标准规定的高温热泵的额定供热工况对系统性能进行了实验研究。研究结果表明,低温热源工况不变时,随着中温热源进口温度、流量的升高,复叠式高温热泵系统性能均呈升高趋势,但与中温热源流量的升高相比,中温热源进口温度的升高对复叠式高温热泵系统性能的改善程度较大,为复叠式高温热泵技术的高效化提供了借鉴作用。     

电动汽车冬季热负荷及制热调节特性研究

电动汽车制热调节特性主要受冬季负荷特性和热泵系统制热性能的影响,采用热平衡法对电动汽车不同环境温度不同车速下的冬季负荷特性进行研究,建立热泵系统仿真模型,通过仿真得到不同工况下热泵系统制热性能,在7、-7、-15℃三种典型实验工况下验证了该模型误差4%。针对实验车辆,联合负荷特性与热泵制热性能研究其调节特性,结果表明:在环境温度≥-12℃时,热泵系统可通过调节实现独立供热;在-20～-12℃之间,需PTC提供部分热量;在-20℃时,宜采用PTC单独供热。     

基于三元混合工质高温压缩式热泵循环性能研究

工业生产中存在大量的70～80℃的余热未被回收利用,如果利用热泵将这部分余热转化为高品质工业蒸汽则可大大降低工业能耗和污染物排放。本文研究一种回收废水余热制取蒸汽的高温热泵系统,在蒸发器侧水进出口温度80/70℃和冷凝器侧水进出口温度90/120℃设计工况下,针对该换热过程"大温差"和"高冷凝"的换热特点分析对比不同非共沸工质的循环性能。首先对比了多种二元混合工质的循环性能,得到性能较为优良的混合工质R124/R141b(0.45/0.55).为保证压缩机安全运行添加第三元组分以降低排气温度和压力,结果表明:三元工质R365mfc/R124/R141b(0.55/0.405/0.045)综合性能较佳,其COP达到4.9,并且单位容积制热量为4110 kJ/m~3,同时排气温度125℃和冷凝压力为1595 kPa,综合性能优越并满足压缩机安全运行要求。     

带经济器的热泵型客车空调系统实验研究

开发并搭建了一套用于纯电动客车的带经济器补气型热泵空调系统实验台,进行了车外各低温环境温度不补气与补气模式下的供热性能实验研究。实验研究结果表明:在车外环境为-20℃超低温环境温度下,经济器补气型热泵空调系统较不补气热泵系统制热量增加54.98%,排气温度降低15℃左右,COP提高41.2%,可较好地解决普通热泵空调低温制热性能差的突出问题。     

自由活塞斯特林热泵的理论与实验研究

自由活塞斯特林热机取消了传统斯特林热机的曲柄连杆结构,具有结构简单、高效率、高可靠性、寿命长等诸多优点。但目前的研究热点多集中于自由活塞斯特林发动机与制冷机,对自由活塞斯特林热泵的研究关注很少。本文设计了一台电驱动自由活塞斯特林热泵,首次提出并采用了热机部分反向布置的结构,彻底避免了高温端换热器对直线电机造成的不利影响,并给出了实验结果。该热泵在-20~50℃的泵热温差下获得了1.4的整机COP。利用热声理论,本文对该热泵进行了理论计算,并与实验结果进行了对比,初步考察了热泵在不同泵热温差、不同输入电功以及不同运行频率的工作特性。     

高温氦气加热甲烷蒸汽重整制氢热力学分析

对高温氦气加热的甲烷蒸汽重整制氢过程进行了热力学分析。结果表明,在较高温度条件下压力对系统重整性能的影响很小。在重整压力大于1 MPa,水碳比大于2时,随着温度的升高,热效率先增加到最大值然后又缓慢下降;在温度800~1000℃范围内,随着水碳比的增加热效率先升高后下降。分析表明,利用高温气冷堆氮气供热的甲烷蒸汽重整制氢系统,选择较高的水碳比和重整温度有利于提高系统热效率和制氢性能。得到了匹配高温气冷堆供热系统且能使氢气产量和热效率的接近最大值的甲烷蒸汽重整反应优化操作参数范围.     

非共沸混合工质自复叠热泵循环试验研究

单级压缩式热泵冷凝温度与蒸发温度之差一般为40~50℃,非共沸混合工质自复叠循环具有工作温差大的优点,将其应用于热泵循环,则可产生较大的供热温差。该文通过搭建一个空气源自复叠热泵实验台,利用NIST公司的制冷剂物性数据库Refprop7,绘制出了混合工质的温度-浓度图。经过实验,分析了自复叠热泵循环工作温差的影响因素,得出了自复叠热泵气液分离器简单分离对增大工作温差的作用有限,增加工质的相对挥发度也不能显著改善热泵的运行性能等结论。并进一步得出了增设分凝设施可显著增大工作温差的结论。     

基于太阳能甲醇分解的冷热电联产系统

本文从太阳能与化石能源综合互补利用的思路出发,将中低温太阳能利用与冷热电联产系统有机结合,研究提出了一种太阳能甲醇分解冷热电联产系统.该联产系统能够提高现有太阳能系统在中低温范围内的能源利用效率,并能部分替代化石能源.(火用)分析表明,系统节能关键在于太阳能供热甲醇分解过程有效减少了燃烧过程能量损失.本文的研究可为太阳能系统的发展及化石能源的替代提供新的思路.     

电热泵用于蔬菜温室供热的经济性分析

现代化蔬菜温室是我国都市农业发展中的一个重要组成部分，目前这类温室的冬季加热均以燃煤方式为主．伴随着越加严重的城市环境污染，温室供热系统也面临着改造问题，需要引入清洁供热方式，热泵供热是其中的一种．本文以上海地区现代化蔬菜温室为研究对象，分析了蔬菜温室中使用电热泵供热的运行成本，并与燃煤供热方式进行了对比．就热泵供热系统在温室中的应用前景及可行性、经济性进行了分析，为热泵在温室供热系统中的应用提供了可参考依据．     

太阳能辅助CO2热泵与制冷系统实验研究

本文设计了一种太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳热泵空调热水系统,包括太阳能集热系统,二氧化碳热泵系统以及室内室外换热系统;针对春夏秋冬不同天气条件,可采用制热、制冷,热水、制热 热水、制冷 热水五种运行模式,实现热水和空调两大功能.利用搭建的太阳能辅助空气源跨临界CO2热泵热水与空调系统实验台,进行了水-水热泵与制冷循环系统、空气-水热泵与制冷循环系统以及太阳能辅助的热泵循环系统实验研究.结果表明;气体冷却器出口温度越低,系统的性能系数越高;蒸发温度的升高同样也会提高系统的性能系数;在冬季夜间利用太阳能集热系统作为辅助热源可有效提高蒸发温度,同时延长蓄热水箱使用时间,满足整个夜间供热需求.     

空气-地源双热源复合热泵低温制热特性实验研究

为缓解单一空气源热泵低温供热性能差的突出问题,设计了空气-地源双热源复合热泵系统。实验研究结果表明,即使在室外-15℃的超低温环境温度工况下,利用少量的低温地下水,复合热泵的制热量较单一空气源热泵提高近50%;能效比提高40%以上。     

谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林子系统性能实验研究

本文提出了一种谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林系统,其主要部件有自由活塞斯特林发动机子系统、谐振电机以及自由活塞斯特林制冷机/热泵子系统。全文针对谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林子系统分别开展了制冷/热泵子系统、发动机子系统制冷和热功转换特性的实验研究。电驱动制冷子系统实验结果表明,当平均充气压力为3.3 MPa,工作频率为60.0 Hz,水冷温度19℃时,实验系统制冷效果较为显著,输入电功130 W时无负荷的制冷温度可以达到-23.7℃。发动机子系统热驱动声功输出特性实验结果表明,系统充气压力的变化对于系统热驱动起振特性有着十分明显的影响。另外,当平均充气压力为2.9 MPa,水冷温度22℃,外接电阻1500 Ω时,系统的加热功率越高,系统的热功转换性能越好。本文所开展的谐振电机耦合型双效自由活塞斯特林子系统的实验研究对未来要进行的整机系统热驱动制冷实验奠定重要基础。     

热电联产机组与热泵供热节能效应理论研究

热泵已成为分散供热及小范围集中供热的主要形式之一。为此,本文以某330 MW热电联产机组为例,研究热电联产机组相比热泵供热、锅炉供热的节能效应。通过改变热泵COP值、机组电负荷率及热电比,获得不同工况下热电联产系统的节煤率。结果表明,对于某一特定工况,热电联产的节煤率随热泵COP值的增大而减小,随机组电负荷率的增大而增大,随热电比的增大而增大;在电负荷率较大、热电比较高、热泵COP较低时,热电联产机组才具备节能效果。     

电动汽车热泵空调系统低温供热实验研究

针对电动汽车热泵空调系统低温供热时性能衰减及融霜效率低的问题,设计了适应于低温供热的热泵空调系统循环,对影响系统性能的各因素进行了实验研究。该系统匹配良好,能适应热泵系统在低温环境下供热。采用合理的控制方法调节系统,能为电动汽车提供良好的乘坐环境。     

一种新型空气源高温热泵的热力学分析

本文提出了一种供热温度为80~100℃的新型空气源高温热泵循环(EIHP),该循环采用非共沸混合工质R290/R600a,利用内部自复叠技术和喷射器提升循环性能。针对EIHP循环建立了相应的热力学计算模型,并与传统热泵循环(CHP)进行了对比研究。根据计算结果,当冷凝器出口温度为100℃,蒸发器出口温度从25℃下降到-10℃时,相较于CHP循环,EIHP循环的COP提高了15%~27%,压缩机压比降低了20%~46%,容积制热量提高了22%~51%。此外,本文还研究了冷凝器出口温度,工质配比等参数对循环性能的影响情况。     

天然气驱动VM循环热泵的热力学分析

天然气驱动VM循环热泵采用天然气作为高品位驱动能源,无工质替代问题,对缓解夏季电力供应紧张和环境污染等问题具有重要的意义。本文建立了热力学模型,分析结果表明:对于理想循环,热泵性能系数随着高温热源和低温热源温度的升高而增大,随着中间温度热源温度的升高而减小,并且热源温度变化对性能系数的影响从大到小依次为低温热源、中间温度热源和高温热源;对于理论循环,在运行区间,随着转速的增加,制冷量增大,而性能系数降低,但制冷量和性能系数都随着平均压力的增加而增大。     

回热循环对航天器热泵系统性能影响研究

为研究R12回热循环对航天器单级蒸汽压缩式热泵系统性能的影响,搭建了热泵性能测定实验装置,从排气温度、耗功量、制冷量及制冷系数等方面分析了回热循环对热泵系统性能的影响。结果表明:在有、无回热循环两种工况下,实验测得的排气温度、耗功量、制冷量、制冷系数均随量热器温度的升高而增大;同一量热器温度下,回热循环在提高系统制冷量的同时会增加压缩机耗功,引起排气温度升高,但制冷量的增长幅度大于压缩机耗功的增长幅度。当量热器内温度为16℃、20℃、24℃、28℃时,回热循环带来的制冷系数增长率分别为50%、39.6%、32.7%、27.6%。因此R12回热循环对提高系统制冷系数是有效的。在此基础上,基于Aspen Plus软件建立了实验流程模型,采用NRTL-RK物性方法对有、无回热热泵循环进行模拟计算。模拟结果与实验结果两者间误差较小,说明软件模拟实际热泵流程的可靠性较高,今后可进一步利用Aspen Plus软件作热泵系统性能的深入研究。     

压缩式热泵膜蒸馏系统的分析与实验研究

本文将探索应用减压膜蒸馏技术制取纯净水,同时采用压缩式热泵回收水蒸气冷凝潜热用于加热原料液,以提高能源利用率的可行性。压缩式热泵系统以R142b为工质,在热源(原料液)温度为55~65℃、冷源(水蒸气)温度为30℃-50℃的条件下,系统的COP可达3.0以上,系统单耗173 Wh／kg。与TIMES相比,不仅提高了产水率,而且明显降低了系统的单耗。指出了进一步降低制冷温差,提高系统运行经济性的技术途径。