集成两级MCFC回收燃机排放CO_2的复合动力系统研究

本文以燃气轮机联合循环为基准系统,集成氧离子传输模(OTM)和两级熔融碳酸盐燃料电池(MCFC)提出了一个回收CO_2的新型燃气轮机复合动力系统。采用与余热驱动制冷相结合的CO_2压缩液化新方法减少了总系统能耗。通过Aspen plus模拟分析了CO_2回收率,电流密度,燃料利用率对系统性能的影响,研究结果表明当碳捕获率为80.06%时,新系统效率(55.83%)比传统不回收CO_2的燃气轮机联合循环(56.03%)仅仅低了0.2个百分点,比常温冷却压缩CO_2方法(55.25%)高出了近0.6个百分点。本文研究成果将为回收CO_2的MCFC复合系统研究提供有益参考。     

回收CO_2的整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池联合循环系统研究

本文以整体煤气化联合循环(IGCC)为基准系统,构建了整体煤气化熔融碳酸盐燃料电池联合循环(IGMCFCCC)发电系统,并提出了回收CO_2的IGMCFCCC系统。利用Aspen Plus软件对系统进行了模拟研究,结果表明:回收CO_2的IGMCFCCC系统效率(48.38%)比传统不回收CO_2的IGCC系统(44.15%)效率提高了4.23个百分点,同时捕获了系统中80.16%的CO_2,但比不回收CO_2的IGMCFCCC系统效率(51.40%)降低了3.02个百分点。此外,本文还研究了CO_2利用率,燃料利用率对系统性能的影响,研究成果将对未来回收CO_2的发电系统提供有益的参考。     

热功复合驱动热泵循环热力性能研究

本文对LiBr-H_2O工质对的热功复合驱动热泵循环的热力性能进行了模拟分析,研究结果表明吸收式热泵循环耦合压缩过程,可以有效提高极限温升,拓宽了热泵适用范围,大幅降低发生温度,放宽了热泵对余热的要求。冷凝压力不变时,随着压缩过程压比的增大,复合循环的性能系数先是快速升高,达到最大值,后缓慢降低。提出一种烟气型双压热功复合驱动热泵循环,能够对余烟热能进行梯级利用,与吸收式热泵循环和复合热泵循环相比,其单位质量流量烟气的制热量分别提高了6.8%和7.0%。本文研究结果为热功复合驱动热泵循环的设计与系统集成提供了理论支撑。     

跨临界CO_2蒸气压缩/喷射制冷循环分析

利用喷射器代替节流阀作为CO_2制冷循环的主要膨胀装置,回收膨胀过程的部分动能,减少节流损失,降低压缩机耗功,并通过在压缩机进气前开一旁路,调节压缩机进气量,使系统稳定。对喷射循环与节流阀循环、膨胀机循环进行了性能比较,得出了喷射器循环相对于其他两种循环的优势;并对系统中各个参数对系统性能的影响进行了分析,系统蒸发和冷却温度对CfP影响较大;最后对系统(?)分析得到蒸发器到喷嘴后的压力差对COP和(?)损失的影响较大。     

螺旋管内超临界CO_2/DME混合工质冷却换热特性研究

CO_2/DME(Dimethyl ether二甲醚)混合工质作为制冷剂既可以降低CO_2单独使用时过高的工作压力,又可抑制二甲醚的可燃性。针对跨临界热泵系统中制冷剂在超临界压力下放热时复杂的传热性能,本文对超临界CO_2/DME混合工质和超临界CO_2在螺旋管内流动冷却的换热过程进行了数值模拟研究。结果表明,与纯CO_2相比,在高温区CO_2/DME混合工质的换热性能更优;通过比较不同配比的CO_2/DME混合工质的换热特性,得到了不同温度范围对应的换热性能最优的CO_2/DME混合工质配比。此外,对固定质量比的CO_2/DME混合工质,分别分析了不同质量流速和热流密度下的流体温度、壁面温度及传热系数的变化规律,并与纯CO_2传热系数的变化进行了对比。该研究为制冷剂选取及热泵系统中气冷器的优化设计提供了理论依据。     

CO_2空气源热泵系统混合工质的研究

为优化CO_2热泵热水系统的循环性能,分析了CO_2/R1270, CO_2/R290, CO_2/R32, CO_2/R41混合制冷剂的饱和蒸汽压力、临界压力、温度滑移、COP,最终筛选出符合要求的R41。针对CO_2/R41混合制冷剂的单位制冷量/制热量、压缩机的压缩比、排气温度进行进一步实验分析,结果表明:CO_2/R41(70/30)系统的COP比纯CO_2系统增加7%,在设定工况下CO_2/R41(50/50)系统单位质量制冷量增加26.1%,单位质量制热量增加18.3%。CO_2/R41混合物可有效降低跨临界循环压缩机的压缩比及排气温度。     

双吸收升温型热泵驱动电厂碳捕集的方案研究

本文提出了一种CO_2捕集的新方法,利用双吸收升温型热泵提升汽轮机末级蒸汽的品位,使之与CO_2再生温度相互匹配后用于富液的解析,同时回收锅炉排烟热量,预热进入热泵的循环水,进一步降低CO_2捕集能耗。本文利用Aspen Plus 11.0对流程进行模拟,并对关键过程的结果进行了实验验证。研究表明,随着CO_2捕集率逐渐增加,机组发电效率增幅呈现先增后减的趋势:对于350 MW的机组,当捕集率为53.65%时,新方案效率增幅达到最大,相对常规捕集方案效率能够提升2.06个百分点;当CO_2捕集率为90%时,新方案CO_2捕集能耗下降10.5%,效率提升幅度为1.25个百分点;此方法实现了热能品位的对口利用,降低了CO_2再生过程的不可逆损失,为电厂降低CO_2捕集能耗提供了一种新思路。     

跨临界CO_2热泵性能试验及优化分析

为进一步研究跨临界CO_2热泵的系统性能,针对所设计CO_2热泵系统进行实验。实验结果表明:在风机频率一定时,系统热负荷、压缩机轴功率、系统出风温度均随压缩机频率的增大而增大。蒸发温度从-2℃升至4℃,COP增幅为26%,CO_2在气冷器出口温度降低10℃左右时,系统COP增幅大于30%。实验工况下跨临界CO_2热泵系统出风温度变化范围在50℃-100℃,在获得大于75℃出风温度时,热力学第二定律效率超过30%,CO_2气冷器出口温度、高压侧压力、蒸发温度的升高都会提高系统热力学第二定律效率。     

CO_2/焦炭气化发电系统的热力性能研究

探索并提出一种新型煤气化发电系统,通过将煤炭的碳氢组分分级气化过程和化学链燃烧过程进行整合,来减少能量转换过程中的不可逆损失,实现能量的梯级利用。该系统以CO_2为气化剂,来气化含碳量较高的焦炭,从而制得高浓度的CO。分析表明,新系统的热效率可以达到约49%,(?)效率约为47%,比传统的IGCC热效率和(?)效率均高出约6个百分点。新系统为化石燃料的合理高效利用提供了一种有效途径。     

双级压缩跨临界CO_2热泵中间冷却型式优化

双级压缩跨临界CO_2热泵适合于低温地板辐射采暖.以北京市某建筑为对象,进行了双级压缩跨临界CO_2热泵中间冷却型式的优化分析.结果表明:与单级压缩循环相比,双级压缩循环提高了系统供热的性能系数(COP),并且双级压缩循环中间完全冷却的COP高于中间不完全冷却型式.同时在保持最佳中间冷却压力下,双级压缩中间不完全冷却型式的COP随着高压级压缩机入口CO_2蒸气过热度的增加而逐渐减小.因此在实际系统设计中,双级压缩跨临界CO_2采暖热泵宜采用中间完全冷却型式.     

中温烟气为热源的CO_2跨临界循环改进及分析

着眼于初温为300~600℃的中温烟气余热动力回收,以单位质量烟气的循环净输出功(循环比净功)最大为优化目标,对CO_2跨临界循环(CO_2-TC)以及分别引入全回热、分流回热(部分冷却)措施形成的改进型循环,进行了性能优化对比分析。结果表明,全回热CO_2-TC的比净功和循环热效率明显高于CO_2-TC;在烟气初温较高的情形下,分流回热CO_2-TC有最高的循环热效率,但比净功输出较低。     

余热驱动的吸收压缩复合式低温制冷系统研究

本文研究了一种完全由余热驱动的吸收压缩复合式低温制冷系统。该系统由混合工质动力子循环和吸收压缩复合式制冷子循环有机耦合而成,模拟计算结果表明,该系统在制取-55℃冷量时的整体性能系数和效率分别达到了0.357和28.02%,分别比参比系统提高了19%和57.77%。通过分析和循环耦合分析,揭示了该系统的节能机理。另外,还研究了动力子循环工质浓度、透平入口压力和压缩机出口压力对系统热力性能的影响。结果表明,为了保证较高的热力性能,这三个影响因素均存在最佳值,且其中压缩机出口压力最为敏感。经济性分析指出,新系统比投资比参比系统相对减小了12.23%。本研究为分布式供能系统提供了新的余热利用方法。     

CO_2跨临界循环耦合绝热吸收型两级溶液除湿系统性能分析

本文提出了CO_2跨临界循环耦合绝热吸收型两级溶液除湿系统,直接使用跨临界循环压缩机高温排气再生LiCl溶液,充分利用了跨临界循环排气温度高和温度滑移大的特点。本文使用LiCl溶液作为除湿剂,建立了复合系统的热力学模型,分析得到可用排热的温度滑移范围为120～50℃。耦合系统能够实现温湿度独立控制,跨临界循环的蒸发温度得到明显提高。一级除湿器除湿量占比与湿空气入口含湿量呈单调递增关系。一级除湿器进口LiCl溶液温度降低、浓度增大,能够提高溶液除湿循环的性能系数。耦合系统的可用排热与蒸发温度密切相关,存在一个临界蒸发温度使得可用排热满足系统再生需求。对比CO_2跨临界循环冷却除湿,在相同除湿量下,使用本文耦合系统进行除湿,跨临界循环的COP提高5.6%,压缩功减少29%。     

冷却水流量对CO2空气源热泵气体冷却器换热性能影响的实验研究

以CO_2为工质,对空气源热泵热水器矩形螺旋套管气体冷却器的换热特性进行实验研究,搭建了空气源热泵热水器实验台,测试分析冷却水流量的变化对冷却水进出口温差、CO_2进出口压力与温度、CO_2质量流量、气体冷却器总换热量、总传热系数及热泵系统COP等参数的影响,探究其对气体冷却器换热性能的变化规律。结果表明:随着冷却水流量的增加,冷却水进出口温差、CO_2进出口压力和温度均呈下降趋势,CO_2质量流量则呈上升趋势;气体冷却器的总换热量增加49.70%,总传热系数增加57.55%,COP增加73.41%,增幅较大;而气体冷却器换热效能系数仅增加1.77%,变化趋势不明显。     

R23跨临界循环最优高压侧压力分析

跨临界热泵循环在大温差加热时具有显著优势。为了寻求更高效的跨临界热泵循环,对R23跨临界热泵循环进行了理论分析,计算了压缩机排气压力对系统性能的影响。计算结果表明,R23热泵系统存在最优高压侧压力,最优高压侧压力与制冷剂气冷器出口温度、蒸发温度、过热度都有关系,其中以制冷剂气冷器出口温度对最优高压侧压力影响最大。以制冷剂气冷器出口温度为自变量,利用多项式函数对最优高压侧压力进行了拟合,拟合的最大相对误差为-3.14%,平均相对偏差为1.22%。结果可以为R23跨临界热泵系统的设计和控制提供理论参考。     

褐煤热泵预干燥超临界CO2循环发电系统理论研究

褐煤含水量高,直接燃烧发电存在效率低、投资大的问题。为此,本文提出了一种集成褐煤热泵预干燥的超临界二氧化碳循环发电系统,并建立了超临界二氧化碳循环发电系统和褐煤热泵预干燥系统的耦合计算模型,以某660 MW发电系统为例,对直燃褐煤发电系统和褐煤热泵预干燥发电系统进行对比分析。结果表明：褐煤发电系统通过热泵干燥褐煤可以使系统发电效率提高1.44%,发电标准煤耗率降低8.06 g·(k Wh)^-1;分析发现,预干燥褐煤使得锅炉燃烧损降低高达4.47%,排烟耗散降低0.35%,从而使系统效率提高1.29%,燃烧损和排烟耗散降低是系统节能的主要原因;干燥机效率、褐煤干燥程度和热泵COP越高,褐煤热泵预干燥发电系统节能效果越显著。     

CO_2系统微通道蒸发器的研究

研究了将微通道换热器应用于CO_2循环中作为蒸发器的性能和其对CO_2系统性能的影响。实验结果表明,在系统中微通道换热器运行平稳,其在CO_2系统中作为蒸发器换热量可达3.75 kW,热量体积比为6.35×10~4 kW/m~3,微通道换热器制冷剂侧的换热系数最高可以达到8.5 kW/(m~2·K),微通道蒸发器换热效能达到90%以上,同时蒸发器制冷剂侧的压降在40 kPa以内,相对于CO_2跨临界循环的高运行压力,压力损失很小。     

R404A双级压缩载冷循环和复叠式制冷循环系统对比分析

阐述了R404A为制冷剂的两种不同形式的两级循环:R404A双级压缩CO_2载冷循环和R404A/CO_2复叠制冷循环。通过对比分析发现,两个系统都存在系统最大COP且都随着冷凝蒸发换热温差的增大而减小,随着蒸发温度的升高而增大。同时,在低温区间上复叠系统的COP较大,但是在-30℃附近,双级压缩载冷循环的系统COP和复叠式制冷系统相当,而且双级压缩载冷循环中R404A和CO_2的充灌量比复叠制冷系统少,在节约能源和系统维护方面很具有级优势。     

中间补气水-水热泵系统理论分析

带有中间补气的涡旋压缩机可以有效的改善热泵系统在低温环境下的制热性能和运行可靠性。根据中间补气及准二级压缩热泵系统的研究现状,采用理论分析对带过冷器的中间补气涡旋压缩机的性能进行了对比与分析。阐述了水-水热泵系统的研究背景及工作原理;详细分析了增设补气口后涡旋压缩机的工作过程;提出了中间补气热泵系统的数学模型及计算方法并对其进行热力分析。最后与单级压缩循环比较得出结论:在蒸发温度越低的情况下使用中间补气循环对性能的提高越有利。中间补气技术在低蒸发温度、大压比的设备和系统中,节能效果更加明显。     

R22-DMA热力学性质及吸收压缩式热泵系统优化

1引言吸收压缩式（SC）热泵是一种适用于变温热源的高效复合式热泵系统，比常规压缩式热泵具有工作范围广，工作压力低以及较高COP值等特点。文献出对以R22－DMA为工质的SC热泵进行了实验研究。本文则对新型工质R22－DMA的热力学性质进行研究整理，给出计算二元系统的蒸汽压、烩、摘等的实用公式；并对以其为工质的一种新型SC热泵循环进行计算机模拟优化分析，给出了实际SC热泵在典型制冷工况下的制冷性能及其优化条件。2R22－DMA的热力学性质2．1汽波相平衡R22－DMA二元系统的汽液相平衡实验数据较缺乏，文献［2］给出部分温度…