基于LNG冷能的双循环⁃卡琳娜冷电联供系统

随着我国对生态文明建设的快速推进,回收工业余热、开发清洁能源等能源利用方式逐渐受到市场的广泛关注。设计了一种基于LNG冷能利用的双循环⁃卡琳娜（DORC⁃KC）冷电联供系统,并在此基础上提出了降低工业余热中酸性气体排放的新方法。通过构建系统热力学模型,对影响系统碳捕集的关键热力学参数进行了详细分析。结果表明,双循环中的顶循环采用环戊烷为工质,提升蒸发温度和蒸发压力,系统的最大净输出功为367.9 kW,热效率为33.29%;在卡琳娜循环中,工质流量和浓度等因素对系统效率产生积极的影响,其最佳热效率和冷㶲回收效率分别为15.42%和20.65%。压缩压力的降低,减少了循环水的冷却量,提高了CO2的液化量。当压缩压力为472 kPa时,系统的㶲效率最大,为34.30%,碳捕集率为47.00%,循环水回收量为167 616 t。     

基于太阳能和LNG冷能的朗肯循环系统热力学分析

针对化石燃料燃烧时对环境造成严重污染的问题,为增加清洁能源在我国一次能源消费中所占的比例,构建了太阳能和LNG冷能联合使用的有机朗肯循环系统,通过热力学性能和㶲损分析了建立的循环系统。结果表明,当循环Ⅰ、Ⅱ的蒸发压力为2.8 MPa、蒸发温度为371 K时,系统存在最大净输出的功和热效率,其值分别为81.46 kW、20.88%;当循环Ⅰ、Ⅱ蒸发压力分别为3.0 MPa,蒸发温度为371 K时,最大㶲效率为53.43%;换热部件的㶲损最大,集热器的㶲效率较低;按90%发电效率、1元/（kW·h）电价计算,系统年均可带来超过53万元的经济效益,与相同燃煤发电量相比,可减少SO2排放量13 939 kg/a和CO2排放量462 000 kg/a,具有节能减排的效果。     

联合循环机组热经济学H&S方法建模及性能评价

为了更有效地对能量系统进行成本计算和性能分析,针对与负熵结合的ES模型存在耗散组件的燃料产品定义在热力学范畴不合理以及对生产性组件进行双重惩罚的问题,建立基于HS理论的燃气蒸汽联合循环热经济学成本模型.详述HS模型的优势;分析组件的热经济学成本组成,提出耗散成本的概念;改进传统的相对成本差及经济系数评价指标,以某典型的9FA单轴燃气蒸汽联合循环机组为例,建立基于HS理论的热经济学成本模型并进行评价指标的计算验证.结果表明,计算得到的组件生产效率合理,有效地解决了耗散组件的产品定义问题,公平地评价生产性组件的性能.性能评价结果认为,对于凝结水泵和燃烧室,需要减少由于不可逆引起的负熵成本;对于压气机和汽轮机组,改进的方向是降低投资成本.     

氨水卡林纳-朗肯循环组合系统的热力学分析

为改善氨水卡林纳-朗肯循环组合系统的运行性能,选取动力回收效率和效率作为评价指标,对氨水卡林纳-朗肯循环组合系统进行研究.分析外界冷热源温度变化对系统动力回收效率和效率的影响规律,并且分析在一定初始条件下循环系统各个设备的损失和效率,有针对性地改善系统的传热性能.在热源进口温度为300℃,卡林纳循环和朗肯循环冷源进口温度分别为25℃和15℃时,卡林纳循环和氨水朗肯循环的动力回收效率分别为18.2%、14.6%,效率分别为41.1%、33.1%,而氨水朗肯循环的综合动力回收效率和综合效率可以达到19.6%和46.5%.当供暖水温度分别为70℃或90℃而回水温度保持40℃时,氨水朗肯循环可以获得55.3%或65.6%采暖回收率,8.7%或13.4%的热水效率.     

柴油机尾气余热回收系统的能分析和火用分析

采用R245fa作为循环工质,利用有机朗肯循环回收柴油机尾气余热,从而提高柴油机的燃油经济性。对不同蒸发压力下的朗肯循环热效率和发动机不同工况下余热回收系统的火用效率以及系统各组件的火用损失率进行了计算和分析。研究结果表明,蒸发压力越高则朗肯循环效率越高,工质和尾气之间传热的不可逆损失和蒸发器出口较高的尾气温度使得蒸发器的火用损失率最大,采用余热回收系统回收发动机尾气余热,系统输出净功最高可达18.7 kW。     

再压缩超临界二氧化碳闭式布雷顿循环系统分析

通过建立再压缩超临界二氧化碳(S-CO2)闭式布雷顿循环,利用EBSILON系统软件,调用REFPROP7数据库,先分析在不同热源温度和系统循环压比下,系统各部件损系数的大小,再重点分析压缩机分流系数对各部件损系数的影响,找出循环中损失最大的环节。研究表明:压缩机分流系数的变化对系统的效率影响较大,因此压缩机分流系数对整个系统研究至关重要,对于布雷顿循环,放热、吸热和回热过程的损系数最大,换热过程造成的系统损系数仍然最大,强化换热过程仍是S-CO2布雷顿循环研究的重点方向。在温度范围为500~650℃,循环最高压力为10~35 Mpa之间时,最佳压缩机分流系数在0.3~0.4之间,当压缩机分流系数大于0.65时,研究没有实际意义。     

有机朗肯循环系统回收发动机尾气余热的研究

根据柴油机排气余热的特点设计了有机朗肯循环余热回收系统。采用R245fa作为工质,根据工质在不同蒸发压力下的蒸发率结合发动机的试验数据分析了两相流对系统性能的影响。通过比较系统净输出功、有机朗肯循环效率及主要部件损的变化规律确定了系统的最佳工作方案。结果表明,系统在全排气质量流量范围内能平稳地工作,有机朗肯循环效率达到10.2%,减小了各主要部件的损,余热回收效果明显。     

太阳能辅助小温差热发电系统的初步研究

太阳能辅助小温差热发电系统以工业废热作为第一级热源、太阳能集热器作为第二级热源,循环工质在热源中蒸发并过热后,在汽轮机中膨胀做功,从而驱动电机发电.分析了该系统的工作原理和循环过程,并在理论分析的基础上,进行了系统的热力计算.理论计算结果表明:在循环工质为R717,循环工质蒸发侧相变温度为60℃,冷凝侧相变温度为27℃的条件下,此太阳能辅助小温差热发电系统的总的发电效率可达7.15%,表明该小温差发电装置具有较好的应用前景.     

基于热经济学结构理论的煤多联产系统性能分析

采用热经济学结构理论对75t/h燃煤循环流化床锅炉的热、电、煤气、焦油的多联产能源系统进行了热经济学分析,提出了产品的单位成本和单位热经济学成本的计算模型.通过对系统设计工况进行分析发现:煤炭价格波动对蒸汽产品的单位热经济学成本影响最大;当气化炉在600～800℃运行时,所有产品的单位热经济学成本随着运行温度的升高而降低;利用多联产系统生产的蒸汽和电力产品单位热经济学成本比热电联产时的产品成本分别降低了16.35%和20.57%.研究结果为煤多联产系统热经济性分析与评价、优化设计以及故障诊断提供了参考.     

工质比热匹配对有机朗肯循环不可逆损失的影响

有机朗肯循环可以将低品位热能转化为有用功。为了提高能量利用率应尽可能减小系统中的不可逆损失。蒸发器是主要的火用损部件,对其进行优化可以显著提高系统性能。为改善热源与热机系统耦合、减小蒸发器内火用损以提高热功转换效率,提出利用工质比热变化改善换热过程温度匹配的模型。固定换热器两侧流体出入口温度,定义变量k为流体在高温端与低温端比热的比值,其变化范围0.5~3.5,假设比热随温度线性变化。为分析不可逆损失与温差的关系提出"积分温差",证明了积分温差与不可逆损失之间的拟线性关系。列出可能的九种温度匹配情况,得到理论上最大和最小的不可逆损失。通过计算废热气体驱动有机朗肯循环的算例,证明了利用比热变化改善换热匹配的有效性。     

炼铁伴生能源联合循环系统热力学性能分析

针对富余煤气和烧结余热分散回收利用效果不显著的问题,提出一种炼铁伴生能源联合循环发电方法.通过系统整合,即将烧结余热引入余热锅炉,与传统的富余煤气燃气-蒸汽联合循环系统耦合,构成炼铁工序伴生能源联合循环系统,使炼铁工序中伴生的富余煤气和烧结余热资源梯级利用.基于能量平衡、平衡和能级平衡理论,对系统整合前后热力学性能进行分析比对.绘制出整合前后系统的能流图和流图,并计算出系统中各个组件的能损失和损失.结果表明：在富余煤气初参数和蒸汽侧热力参数均相同条件下,整合后系统能效率及效率分别较整合前提高了1.51%和0.64%,而能级差降低了11.8%.     

中低温地热发电有机朗肯循环工质的选择

为了筛选出适合于中低温地热发电有机朗肯循环的较优有机工质,采用热动循环的分析方法及PR状态方程计算以10种干流体有机工质为循环工质的中低温地热发电有机朗肯循环的效率及其余主要热力性能.结果表明,总体来看,随着循环工质临界温度的升高,蒸发压力、凝结压力、输出功率及效率呈下降趋势,而循环热效率及地热流经换热后的排放（或回灌）温度呈上升趋势.以R227ea（七氟丙烷）作工质的有机朗肯循环系统输出功率及效率最高,蒸发压力及凝结压力均处于较合适的范围,R227ea是中低温地热发电有机朗肯循环较理想的工质.     

中低温热能发电技术的热力学对比分析

中低温热能的发电利用是太阳能、地热能转换利用及工业余热资源回收的重要方式。首先从热源温度、循环方式及技术特点出发,对典型的几种热功转换循环方式进行了分析,并且基于热源温度和装机容量的划分归纳出了各个循环适用定位,同时指出了对于350℃温度以下中低温热能,适合采用ORC和Kalina循环。最后从热力学分析角度,分析了两种循环下不同压力范围下,膨胀机入口温度与循环热效率之间的关系,得出ORC更适合于工业余热、太阳能等中低温热能的转换利用。     

分析在小型热电站热电联产中的应用

用■平衡分析法分别对小型热电联产系统和分散锅炉供热系统进行了■流分析,两者 的■效率对比表明,用热电联产系统取代分散锅炉供热是节能措施之一。通过对热电联产系统内各环节的■流损失计算,得出各热力设备的■效率,可找出系统用能不合理的主要薄弱环节,为今 后设备工艺改进指出方向。     

Efficiency analysis of trilateral-cycle power systems for waste heat recovery-to-power generation

Numerous innovative heat recovery-to-power technologies have been resourcefully and technologically exploited to bridge the growing gap between energy needs and its sustainable and affordable supply.Among them,the proposed trilateral-cycle(TLC) power system exhibits high thermodynamic efficiency during heat recovery-to-power from low-to-medium temperature heat sources.The TLCs are proposed and analysed using n-pentane as working fluid for waste heat recovery-to-power generation from low-grade heat source to evaluate the thermodynamic efficiency of the cycles.Four different single stage TLC configurations with distinct working principles are modelled thermodynamically using engineering equation solver.Based on the thermodynamic framework,thermodynamic performance simulation and efficiency analysis of the cycles as well as the exergy efficiencies of the heating and condensing processes are carried out and compared in their efficiency.The results show that the simple TLC,recuperated TLC,reheat TLC and regenerative TLC operating at subcritical conditions with cycle high temperature of 473 K can attain thermal efficiencies of 21.97%,23.91%,22.07% and 22.9%,respectively.The recuperated TLC attains the highest thermodynamic efficiency at the cycle high temperature because of its lowest exergy destruction rates in the heat exchanger and condenser.The efficiency analysis carried out would assist in guiding thermodynamic process development and thermal integration of the proposed cycles.     

CO2跨临界—有机朗肯复合循环的简单计算与特征分析

由于我国地热资源以低品位热能为主,增强型地热系统在发电方面的应用会受限于过低的热效率。理论上,如直接将超临界CO₂与有机工质进行混合,确实有可能提升热动力系统的机械效率。根据该流程设计,对部分参数范围内的CO₂跨临界—异丁烷复合循环的效率进行了估算。计算使用了流量分别为1 kg/s的CO₂和0.25 kg/s的异丁烷流体。计算结果显示,特定状态下的超临界CO₂在膨胀为气态的过程中焦—汤效应显著,流体混合使得异丁烷先蒸发汽化,然后在膨胀中发生冷凝,使得膨胀机内部出现了两相流。冷凝后的异丁烷工质可再次注入压缩机与气体CO₂接触,使得CO₂升温减缓,同时自身获得预热。可借助异丁烷工质降低CO₂的温变范围,改变CO₂膨胀和压缩过程中的多变指数,使其更接近等温过程而非绝热过程,进而提高膨胀和压缩过程的效率。因此,该循环具备显著提高低品位CO₂热动力循环效率的潜力,在未来可用于基于CO₂的地热发电技术。     

基于线性加权评价法的碟式斯特林机多目标优化

在考虑了集热器的热损失,斯特林热机的热阻、热漏和回热损失的基础上,建立了不可逆太阳能斯特林热机模型。讨论了温度比、吸热温度等参数对整个系统无量纲功率和总?效率的影响,通过线性加权评价函数方法对系统的无量纲功率和总?效率进行多目标优化。研究得出:线性加权评价法求得的最佳温比的数值范围为x_2opt＜x＜x_1opt其可使功率与总?效率达到最佳折中;通过使太阳能斯特林热机达到最佳吸热温度T_H,增大聚光比C和回热器效率ε_R,减小集热器的对换系数h和导热桥损系数k₀,可提高太阳能斯特林热机的无量纲功率与总?效率。     

燃气-蒸汽联合循环动力装置热力学分析

为了研究燃气-蒸汽联合循环系统的节能潜力，用Yong分析的方法对该系统进行了热力学分析。通过对一种常见的燃气-蒸汽联合循环系统的模拟计算，给出了各部位Yong损失的大小及分布，对其能量利用情况进行了评价，并找出了薄弱环节，提出了节能措施。结果表明，燃气-蒸汽联合循环系统利用了燃气侧高温吸热和蒸汽侧低温放热的特点，使得其Yong效率高达51．12％，比常规的纯蒸汽动力循环的Yong效率(最高约40％)高得多；燃料化学能转化为热能及传热引起的Yong损失所占比例最大，为31．67％。所以，改善燃烧和传热过程的不可逆性，是提高联合循环效率的重要途径；发展联合循环发电技术，研制和开发新型发电机是高效节能，有利于可持续发展的根本所在。研究结果为系统的总体优化设计提供了理论依据。     

烧结余热发电系统的热力学分析和系统优化

提高余热利用率和发电净功率是余热机组优化设计与运行的目标。通过对济钢烧结厂余热发电系统热平衡和平衡计算及结果的分析,指出了降低余热锅炉出口废气损和内部换热损可有效提高余热利用率和增加汽轮机输出有用功,提出了热力循环系统的改进方法。通过编程分别对两种余热发电热力循环系统的余热利用率、余热损和发电净功率进行了计算对比分析,研究了三种技术指标随主蒸汽压力的变化规律,确定了余热锅炉主蒸汽压力的选择范围。上述研究结果可为低压余热发电系统的优化设计与运行提供较为科学的依据。