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。     

论余热的合理利用——比较余热利用方案优劣的热力学准则

一、比较余热利用方案优劣的热力学准则 本文分析计算限于下述两类余热:第一类为余热流的来流温度T_a与质量流率m均不变,被利用后余热流直接排至环境;第二类为余热流的质量流率可以变化,而来流温度与可利用的余热流率Q_(ab)=Q(12)不变(下角ab表示余热流从状态a变至b时在换热Ⅰ中传给中间介质的热率;下角12表示中间介质自状     

余热驱动热耦合多级自由活塞斯特林热电联供系统研究

我国工业余热资源丰富,尤其是中低温余热具有巨大的回收利用潜力。本文提出采用热耦合多级自由活塞斯特林发电机来构建余热回收利用系统,可有效拓宽余热利用温度范围,减小余热热源传热损失。首先基于热声理论,从声阻抗角度计算考察了单级自由活塞斯特林热电联供系统在变温和变充气压力等工况下的性能;然后对一台三级自由活塞斯特林热电联供系统进行解耦计算,分别考察了供水温度、单级加热量、工作压力等因素对系统性能的影响;最后开展了实验研究,在420/350/300℃热端温度及22/22/18 kW加热量下获得自由活塞斯特林热电联产系统净输出电功10.09 kW,供热量45.29 kW,对应总热电效率为16.27%,综合热利用率为89.32%,各级相对卡诺效率分别为30.90%、32.10%、36.08%,展现出重要的应用前景。     

排风口叶片形状对排风效率的影响研究

为提高通风系统整体运行效率,采用CAD制图技术设计了几种不同形状的排风口,制作出实物模型并应用这几种不同形状的排风口以及现有实验设备进行了多次实验,利用风速仪采集模拟空间内的风速数据,研究了排风设备排风口的形状对排风效率的影响.通过对实验结果的对比和分析,得出了排风口形状和排风效率的关系,并指出了提高通风系统整理效率的研究方向.     

转轮除湿复合式空调系统节能措施研究

通过热力学理论分析常规转轮除湿空调系统,分析影响系统能耗高的主要因素,研究获得节能措施为室内排风回收、再生排风热回收、吸附热回收和预冷处理,并提出相应的节能型转轮除湿空调系统。建立了节能型转轮除湿空调系统的能耗数学模型,在典型实例条件下,计算了系统的能耗,能耗结果表明:与传统转轮除湿空调系统相比,室内排风回收节能17.2%;再生排风显热回收节能31.9%;再生排风全热回收不仅没有节能,反而使系统能耗增加7.7%;吸附热回收节能57.0%;预冷处理节能17.9%;再生排风显热回收与室内排风回收相结合节能43.6%;吸附热回收与室内排风回收相结合的系统能耗最低,节能64.4%;预冷处理与室内排风回收相结合节能32.0%;预冷处理与吸附热回收相结合只能降低系统的再生能耗(约6.7%),总能耗会略有增加(约7.9%)。室内排风回收与预冷处理对降低再生温度有利,研究表明,在典型实例条件下,室内排风回收与预冷处理分别能降低系统再生温度22℃和12℃,两者结合则能将系统再生温度降至66℃。     

Cao吸附CO2系统能耗分析及热集成系统研究

本文以通用流程模拟软件Aspen为平台,对一个600 MW电厂排放的CO₂吸收过程进行了模拟,分析了关键参数对吸收系统性能影响。研究了采用余热锅炉回收系统热量后对整个电厂性能的影响规律,比较了采用25MPa,566/566℃;28MPa,580/580℃和30 MPa,600/600℃三种不同蒸汽参数时整个电厂性能。研究结果表明,采用钙法回收电厂CO₂并合理利用余热后系统效率下降约5个百分点。本文研究成果为基于火电站脱除CO₂提供有益的参考。     

低品位余热氨水吸收式制冷机理论与实验研究

利用工业企业300℃以下烟气余热实现工作区域供冷,解决企业生活区域供冷的同时实现节能减排。建立了余热式氨水吸收式制冷的热力学模型,在此基础上通过实验验证了不同操作条件下制冷系统运行的状态。针对实验样机得到余热烟气温度为280℃时系统存在最优的能源利用效率,冷却水进口温度升高5℃,制冷系数COP下降了0.047,实验样机COP不低于0.42,为优化利用低品位余热资源的制冷系统提供一定的理论基础。     

高效太阳能热发电系统性能分析

为了提高太阳能热发电站的发电效率,提出了耦合空气轮机、汽轮机及热力塔为一体的太阳能发电系统。在该系统中,吸热器吸收的太阳能加热压气机所压缩的高压空气,多余的热量被储存在储热装置中以在无阳光的时候维持电站正常运转。被加热后的高压空气驱动透平后排入余热锅炉产生蒸汽驱动汽轮机,余热锅炉的排气以及冷却汽轮机凝汽器的空气进入热力塔底部驱动风力涡轮。本文建立了该系统的热力学模型并对系统效率作了计算,计算中对水蒸汽动力循环的参数做了优化。计算结果表明,该系统相比传统的太阳能热电站发电效率明显提高,在环境温度为15℃、空气轮机组透平进口温度为700℃、热力塔高度400 m以上时,空气轮机工作在有回热热效率高的工作模式下,系统循环效率超过了50%,该太阳能电站总的能量转换效率将可达到33%。     

一种控温热管理器的实验研究

本文针对余热利用中既需控制热源温度又需要对热量输入/输出进行管理的场合,提出了热管理器的概念.在运行过程中,热管理器可以实现对热源温度的控制,并根据各个用热对象的级别及工况,通过不凝性气体体积的变化,自动实现对热量输出的分配.为了验证热管理器的可行性,本文建立了实验样机及系统.实验结果表明,加热功率从6.0kW上升至14.0 kW,工质蒸汽温度的变化幅度仅为0.7℃.工质蒸汽/不凝性气体的交界面起到了良好的"热开关"作用.从热源回收的热量,按照优先级顺序依次分配给各个热用户.     

燃煤烟气余热回收与减排一体化系统应用研究

为了回收湿法脱硫后燃煤烟气中的热量,本文提出了一套新型的余热回收系统,通过直接接触式换热器和热泵的结合,能够将排烟温度显著降低,回收烟气中的余热用于供暖,同时减少排烟污染物排放。工程运行结果表明,排烟温度从50℃:降低至39℃时,锅炉热效率提高了3.2%,若降低至20℃,则能够提高锅炉热效率9%。新增系统的阻力保持在400 Pa以下。同时,经过直接接触换热后,排烟中SO_2浓度降低59%,No_x浓度降低8.8%,系统能够同时达到节能、减排双重功效。工程总投资约为2880万元,而年净收益为740万元,静态投资回收期为3.8年,经济效益良好。     

颗粒帘换热器中气粒两相换热特性实验研究

根据某1 t/h燃煤工业锅炉空气预热器的热力参数,设计并搭建了一套颗粒帘空气预热器模拟实验系统,研究了不同进气温度Tg0(150~300℃)、进气速度Vg0(0.9~1.5m/s)、颗粒帘进口厚度b0 (60~180 mm)、颗粒粒径dp(150~212μm)以及不同颗粒质量流量ms (550~2150 g/s)工况条件下热空气与进口温度tp0=20℃的硅砂颗粒帘间的换热特性。结果表明:影响颗粒帘换热器中气粒两相换热特性因素的重要性次序为进气温度、进气速度、颗粒质量流量、颗粒粒径、颗粒帘进口厚度;换热端差最低可至4.5℃,最大可达87℃;颗粒帘及颗粒帘出口气流的温度沿颗粒下落方向在前期上升迅速(186~475℃/m)而后期上升比较缓慢(60~108℃/m),并且在0~0.5 m和0.5~1.0 m的高度范围可分别用线性和对数方程来描述。     

供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响

为探究热泵供水温度对CO2空气源热泵系统性能的影响,保持室外环境温度15.5℃不变,调节热泵供水温度,测试冷却水流量、气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力、压缩机耗功量、系统制热量、气冷器热交换完善度、系统COP的变化情况。结果表明:供水温度由45℃升至85℃,气冷器出水温度、压缩机排气温度、气冷器CO2进出口温差、压缩机排气压力随之增加,冷却水流量随之减小。系统制热量增加了7.3%、气冷器热交换完善度下降了20.0%、系统COP下降了35%、压缩机功耗增加了65.1%。     

基于显热回收的分离式热管传热特性的实验研究

针对新风空调机组,采用倾角为15°的分离式热管用于显热回收.研究充液率,迎面风速及空气进口温度对显热效率的影响,分析了其影响规律.研究表明,采用热管空调机组设计风速范围内,充液率介于66％～75％时,其换热效率最高.迎面风速较低时,空气进口温度介于34℃～36℃,其显热效率较高.因此,采用分离式热管机组适合用于高热地区...     

小型氦气实验回路的设计与建造

设计和建造了一个用于测试核聚变装置部件的氦气回路,回路包括隔膜风机、电加热器、氦气回热器、氦水换热器和储气罐等。实验段氦气入口压力为8MPa,温度为300℃,流量为0.1kg•s^-1。这些参数达到了小部件测试要求。     

超临界注汽油井中蒸汽参数的数值计算

本文通过对动量方程、能量方程、散热方程等控制方程的离散求解,用稳态和瞬态相结合的方法,计算了超临界注汽油井地下垂直段、过渡段和水平段蒸汽参数（压力、温度等）和井简散热损失、压力降等随注入时间、注入流量和压力的变化规律．计算结果表明,随着井深的增加,蒸汽压力在垂直段和过渡段的前半部分是增加的,而在过渡段后半部分和水平段则减小,且同一井深位置随流量增加蒸汽压力减小,注入蒸汽压力高于２２ ＭＰａ时,井底蒸汽出口压力比入口高。同一井深位置每公斤蒸汽散热损失随流量的增加而减少,而随压力的增加无明显变化。井底蒸汽压力和温度在注入时间大约３天左右即趋于一稳定值,而井底热损失则随注入时间的增加而减少．     

槽式DSG太阳能集热系统模拟分析

以采用真空集热管的一次通过式槽式DSG太阳能集热器为研究对象。基于集热器管内水工质的流型与传热特性,建立了集热器稳态传热模型,并验证了模型及计算方法的合理性。分析了当出口为400℃过热蒸汽时,集热器传热受太阳辐射强度、管径、水工质入口参数等的影响规律。结果表明集热器的传热效果取决于周围环境的边界条件以及集热器结构参数和水工质运行参数的选取,本文结论为DSG集热器的设计及运行提供了理论参考依据。     

低品位烟气余热回收换热器热力学分析

低品位烟气余热回收过程存在冷凝现象,烟气的放热过程分为显热、潜热两部分。冷凝时,局部热流率和熵产率明显增大;增加水蒸气质量分数、冷却水质量流量和降低烟气入口温度都会导致烟气提前冷凝;存在最优冷却水质量流量使得热回收过程熵产数最小。另外,提出热回收效率评价烟气热回收程度,该指标受冷凝的影响很大。随着烟气中蒸汽质量分数的增加,冷凝过程的影响明显增强,因此,在低品位烟气的全热回收中必须考虑潜热的影响。     

Experimental Investigations on Latent Heat Storage Unit using Paraffin Wax as Phase Change Material

Thermal performance of a latent heat storage unit is evaluated experimentally. The latent heat thermal energy storage system analyzed in this work is a shell-and-tube type of heat exchanger using paraffin wax (melting point between 58°C and 60°C) as the phase change material. The temperature distribution in the phase change material is measured with time. The influence of mass flow rate and inlet temperature of the heat transfer fluid on heat fraction is examined for both the melting and solidification processes. The mass flow rate of heat transfer fluid (water) is varied in the range of 0.0167 kg/s to 0.0833 kg/s (1 kg/min to 5 kg/min), and the fluid inlet temperature is varied between 75°C and 85°C. The experimental results indicate that the total melting time of the phase change material increases as the mass flow rate and inlet temperature of heat transfer fluid decrease. The fluid inlet temperature influences the heat fraction considerably as compared to the mass flow rate of heat transfer fluid during the melting process of the phase change material.     

Condensation Characteristics of Flue Gas/Steam Mixtures with Fine Lignite and Ash Particles along Horizontal Finned Tube Bundles

The condensation behavior for a gas/steam mixture with fine lignite particles and lignite ash particles is experimentally investigated as the particles flow over horizontal finned tube bundles. The effects of the gas velocity, inlet temperature of cooling water, excess air coefficient, and particle dimension are discussed. The total mass flow rate of the condensate and the condensation heat transfer coefficient for flue gas including particles are higher than those of flue gas excluding particles when Reynolds number is higher than 2,300. The area covered by ash depositions tends to grow from the leeward toward the windward side with increasing particle diameter.     

含灰湿空气外掠翅片管束积灰和阻力特性实验研究

本文针对以褐煤预干燥乏气为代表的含灰含湿气体余热回收问题,采用含灰湿空气模拟真实干燥乏气/烟气,搭建了混合气体外掠圆形翅片管束对流冷凝实验系统,获得了灰分浓度、水蒸气质量分数、主流气体入口温度等因素对其积灰和阻力特性的影响规律。实验结果表明,阻力系数随着灰分浓度和气体入口温度的增加而增加,随水蒸气质量分数的增加而减小,其中灰分浓度影响重大,当其从1.5g·m3增加到12.8g·m-3时,平均阻力系数从0.07增长到0.46,增长幅度约为536%.积灰程度表现出与阻力系数相同的趋势,当灰分浓度大于7.7g·m3时即积灰严重,甚至会产生堵塞流道的现象,需要及时清理。