空分压缩余热自利用的理论增效极限研究

大规模空分系统中,利用各级空压机出口的低品位余热,经热驱动制冷循环转换后反馈用于冷却各级入口,可使实际过程进一步趋近于理想的等温压缩过程,实现压缩余热自利用和压缩过程自增效的目的。以10万规模空分中空压系统的余热回收为例,基于气体压缩和热功转换基础理论,构建理想情况下压缩余热反馈增效的热力学模型,分析该方法对压缩过程的理论增效极限。进一步,研究了压缩机级数、环境温度等关键因素对于压缩效率提升的影响规律。结果表明,在热机循环冷端温度和制冷循环热端温度为40°C的条件下,当环境温度为20°C时,四级自增效流程的理想节能率可达5.39%。此外,节能率与压缩机级数和环境温度分别呈负相关和正相关。整体而言,此方法理论上可达到的节能效果显著,具有较大的发展应用潜力。     

可达5K以下的三级斯特林型脉管制冷机性能研究

针对当前低温超导电子、军事及空间探测等对液氦温区紧凑、长寿命、高可靠性制冷技术的需求,设计并研制了一台三级斯特林型脉管制冷机。讨论了制冷机第三级的回热器、脉管、调相机构等相关参数的设计,着重分析了液氦温区回热器长度与温度分布的特殊关系。实验中以He-4为工质,第三级在充压0.91 MPa,频率29.9 Hz,输入电功率100 W的工况下获得了4.97 K的最低无负荷温度,有制冷量25 mW@6 K。该结果首次证明了采用He-4为工质、以三级结构的斯特林脉管制冷机实现液氦温区制冷的可行性。     

多级内冷型膜式溶液除湿的热质传递强化研究

为强化膜式溶液除湿器的性能,本文基于膜的渗透特性,建立了多级内冷型膜式溶液除湿器的传热传质模型。经模型验证后,采用遗传算法对不同设计工况下的膜式除湿器结构进行了优化,并通过引入传热传质分布不均因子,分析了各运行控制参数与空气状态参数对膜式除湿器的传热传质性能影响。结果表明,除湿器处理的空气流量越大,所需的最优层数越多,最优级数越小。在最优结构下增大溶液流量与降低冷却水温度虽可提高总效能,但也加剧了传热传质驱动力的分布不均。在处理低湿度空气时,该系统总效能可达0.64。该研究揭示了传热传质效能与驱动力分布不均之间的内在关系,有助于膜式溶液除湿器的性能强化。     

低温空分系统中压缩余热利用研究进展

低温空分系统是煤化工、冶金和航天等重要领域的关键支撑之一。然而,作为低温空分系统最大的耗能单元,空气压缩机的效率提升已接近瓶颈,压缩能耗居高不下,产生大量低品位、低能量密度的压缩余热,有效利用该部分余热可望成为提升压缩过程能效的重要突破口。本文首先从热力学角度对不同压缩过程进行了分析,总结了空分应用中压缩过程的主要特点,分析了减少压缩能耗的基本方向。在此基础上,对低温空分系统中压缩余热的特殊性进行了总结凝练。最后,立足于直接热利用和能量品位提升两个视角,从相对广义的压缩余热利用逐步聚焦到空分系统内压缩余热利用,综述了国内外的相关研究进展,并展望了空分压缩余热利用的未来研究与应用方向。     

单级斯特林型脉管制冷机的能量流分析

斯特林型脉管制冷机结构紧凑、可靠性和效率高,具有广阔的应用前景.为了开展脉管制冷机的工作机理研究,本文进行热力学模拟计算,研制了一台单级斯特林型脉管制冷机.当输入300 W电功时,获得了35.1 K的无负荷温度,在77.0 K提供9.0 W的制冷量,达到了设计目标.结合本文实例,开展了脉管制冷机内部能量流分析,定量给出...     

空分系统压缩热回收利用方法比较研究

本文将三种空分压缩热的利用方式加以比较，包括有机朗肯–空分压缩热回收系统(ORC-ACS)，有机朗肯–电驱动式蒸气压缩–空分压缩热回收系统(ORC-VCR-ACS)，以及有机朗肯驱动式–蒸气压缩–空分压缩热系统(ORVC-ACS)。计算结果显示，ORVC-ACS具有最高的节能性和经济性，其节能功率可达1723 k W，折合节约电量15.1 GWh/a，空压机节能率达7.5%。ORC-VCR-ACS次之，其最高节约功率约为1268 k W,ORC-ACS的节能功率最低，其最高节能功率约为783 k W。ORVC-ACS的最高净现值约为9.9千万元，折现回收周期小于3.2年，具有较高的经济效益。ORC-VCR-ACS和ORC-ACS的最高净现值和最大折现回收周期分别约为9.7千万元、3.4年和4.4千万元、4.8年。此外，三个系统每年最多可节约二氧化碳分别为10.8、11.4和4.9百万吨，显示出巨大的环境潜力。