燃气热泵制冷性能试验及余热利用分析

为进一步提高能源利用率和提升低品位余热的品质，实现能量梯级利用，针对燃气机热泵系统开展了制冷性能实验及余热驱动的有机朗肯循环理论仿真研究。结果表明：燃气机热泵系统制冷量、发动机余热以及发动机一次能耗均随燃气发动机转速升高而增大；性能系数（COP）及一次能源利用率（PER）随蒸发器进水温度的升高而增大，但随发动机转速升高而降低。COP和PER分别高于6.0和1.1。在蒸发温度60~86℃范围内，以R245fa作为有机工质的有机朗肯循环热力学第一定律热力效率为7.39%~10.95%，热力学第二定律（火用）效率为42.65%~52.25%。     

蓄冷型LNG重卡冷能利用空调系统全路况特性

为了满足LNG重卡驾驶空间的制冷需求,设计了一种具有蓄冷功能的LNG重卡冷能利用空调系统,构建了全路况行驶模型,并对LNG重卡在上坡段、平稳段和下坡段全路况下的制冷性能和影响因素进行了分析。结果表明：LNG重卡冷能利用空调系统上坡段的空调制冷量是6.150 kW,蓄冷量是0.551 kW;平稳段的空调制冷量是4.201 kW,蓄冷量是0.420 kW;下坡段的空调制冷量是2.902 kW,蓄冷器释放的冷量大于0.598 kW。该系统通过控制策略对蓄冷量进行合理的调控,满足LNG重卡全路况下空调系统稳定的供冷需求。     

燃气热泵制冷性能试验及余热利用分析

为进一步提高能源利用率和提升低品位余热的品质,实现能量梯级利用,针对燃气机热泵系统开展了制冷性能实验及余热驱动的有机朗肯循环理论仿真研究。结果表明:燃气机热泵系统制冷量、发动机余热以及发动机一次能耗均随燃气发动机转速升高而增大;性能系数(COP)及一次能源利用率(PER)随蒸发器进水温度的升高而增大,但随发动机转速升高而降低。COP和PER分别高于6.0和1.1。在蒸发温度60~86℃范围内,以R245fa作为有机工质的有机朗肯循环热力学第一定律热力效率为7.39%~10.95%,热力学第二定律?效率为42.65%~52.25%。     

水泥回转窑筒体表面余热吸收式制冷技术研究

水泥生产是一个高耗能的行业,回转窑筒体表面的余热损失可达输入能量的10%。通过在回转窑表面布置集热罩,可得到平均温度为100℃的热水。这些热水用于溴化锂吸收式制冷机组,可以得到制冷量1516 kW,相较于普通空调和电动压缩机制冷技术,采用溴化锂吸收式制冷技术回收回转窑表面余热进行制冷每年夏天可以节省20万元左右电费。     

发动机余热驱动的固体吸附式制冷技术应用研究

吸附式制冷既节能又环保.简述了固体吸附式制冷的基本原理及热力循环过程,讨论了适合发动机余热特点的吸附制冷工质对特性,开发了一种氯化钙/活性炭复合吸附剂.介绍了吸附式制冷技术在内燃机车司机室空调、渔船制冰、重载卡车空调等领域的应用情况.指出强化吸附床的传热传质,提高系统运行稳定和可靠性是推动该技术工业化应用的关键.     

SAPO-34分子筛-水工质对吸附制冷性能研究

选取SAPO-34分子筛作为吸附剂,与水组成吸附制冷工质对。采用真空重量法测定SAPO-34对水的吸附等温线;用热分析天平测定水在SAPO-34上的脱附温度;在吸附制冷循环模拟实验装置上测试不同再生温度对SAPO-34-水工质对吸附制冷性能的影响。结果表明,SAPO-34对水的吸附等温线属于Ⅴ型等温线,吸附温度30℃时,SAPO-34对水的平衡吸附量达0.35 kg?kg?1;水在SAPO-34上的DTA脱附峰顶温度为105℃,完全脱附温度为155℃;蒸发温度10℃工况下,再生温度80~120℃,SAPO-34-水工质对的吸附制冷量为354~430 kJ?kg?1,是硅胶-水的1.1~1.2倍;再生温度150~300℃,SAPO-34-水工质对的吸附制冷量为465~523 kJ?kg?1,是13X-水的1.1~1.7倍。SAPO-34-水工质对既可用于发动机尾气等较高温热源驱动的吸附制冷系统,也可用在以太阳能等低温热源驱动的吸附制冷过程。     

出水温度对采用电子膨胀阀的风冷热泵冷（热）水模块机组制冷性能的影响

为了研究出水温度对采用电子膨胀阀和模块化能量调节系统的风冷热泵冷（热）水模块化机组制冷性能的影响,对5台制冷量60 kW该类机组在蒸发器冷冻水出水温度5～12℃、环境干球温度25～42℃、相对湿度40%变工况条件下进行实验。得出机组制冷量在54～71 kW之间,消耗功率在17.2～22.2 kW,制冷COP是2.55～3.84,以及冷冻水出水温度对机组制冷量、输入功率和COP值的一系列变化规律,这些规律为风冷热泵冷（热）水模块机组的节能运行和优化设计提供了依据。     

磁力泵驱动两相冷却环路的换热特性

为研究磁力泵驱动两相冷却环路的工作特性,特别是启动特性和换热性能随温差的变化规律,搭建了磁力泵驱动两相冷却环路的实验装置,并利用空气焓差法对其进行测试。结果表明:磁力泵驱动两相冷却环路启动迅速,在600 s内达到稳定状态,受蒸发器内液体过热的影响,启动过程中系统的压力和温度分布会产生微小波动;制冷量随温差的增大而增大,随制冷剂质量流量的增加呈先增大后减小的趋势。温差10℃时,系统最大制冷量为3.429 kW,能效比(EER)为12.94;温差25℃时,制冷量最大为9.241 kW,EER为29.7。     

低品位热源驱动的化学吸附蓄冷装置

为了解决能源在时空上的供需矛盾,提高能源利用率,采用新型化学吸附制冷技术设计了一个由低品位热源驱动的蓄冷装置。该装置以MnCl2和NH4Cl的复合固化吸附剂作为工质对,利用氯化铵配合物的解吸热来产生制冷效果。通过实验测量在20～35℃室温下3h内的制冰量,得到该装置单位质量氯化铵的总制冷量,约为475 kJ.kg-1,平均制冷功率(SCP)约为43 W.kg-1,并且其可同时实现-1～6℃冷藏和-16～-14.5℃冷冻的两个功能,有效制冷量占总制冷量的25%～42%。减小金属热容,加强系统的传热传质性能以及装置保温性能,是系统优化设计的重点。     

除湿空调用高效吸附剂的特性研究

对自制吸附剂 (DH 5 0 ,DH 70 )、硅胶和 13x的除湿制冷性能进行了实验研究。测定了DH 5 0和DH 70吸附剂的吸附等温线 ;对DH 5 0、DH 70、硅胶和 13x用于除湿制冷 (空调 )过程的动态特性进行了研究 ;讨论了吸附量、空气湿度、再生温度、制冷量和单位质量吸附剂的制冷功率对固体除湿空调系统的影响。结果表明 :DH 5 0和DH 70的除湿制冷性能明显优于常规吸附剂 (硅胶和 13x)。DH 5 0和DH 70吸附剂的最大平衡吸附量分别为0 .72 1kg/kg和 0 .73 6kg/kg ;在 10 0℃条件下再生 ,DH 70吸附剂的除湿制冷量是硅胶的 2 .2倍 ,单位质量吸附剂的制冷功率是硅胶 1.9倍 ;在较高再生温度 (2 0 0～ 2 5 0℃ )下 ,DH 5 0吸附剂的除湿制冷量是 13x的 1.3倍 ,单位质量DH 70吸附剂的制冷功率是 13x的 2 .2倍。DH 5 0和DH 70吸附剂具有较宽的温度使用范围 ,既适用于以低位热源驱动的除湿制冷系统 ,也可用于利用汽车尾气 (3 0 0～ 5 0 0℃ )等较高温度热源的场合     

MnCl2/CaCl2-NH3再吸附系统的制冷性能

利用膨胀硫化石墨为基质研制了固化混合吸附剂,并搭建了低品位热能驱动的MnCl₂/CaCl₂-NH₃为工质对的再吸附制冷系统。对该系统进行实验研究,结果表明：160℃热源温度为制冷性能系数（COP）的拐点温度,最大制冷功率为2.98 kW。当热源温度高于160℃时,系统显热负荷增大,继续加热高温床会降低制冷效率。当制冷温度为15℃时,系统COP为0.284~0.396;单位质量吸附剂的制冷功率（SCP）为100.3~338.8 W·kg^-1。SCP随热源温度的升高而逐渐升高。     

关键运行参数对柴油机SCR系统性能的影响

建立了柴油机选择性催化还原SCR系统的仿真模型,提出了尿素分解效率的概念。研究了排气温度、NH₃存储量、NO₂/NO_x、NH₃/NO_x等关键运行参数对NO_x转化率的影响。研究结果表明,随着排气流速的减小和排气温度的增加,尿素分解效率总体呈升高趋势。进行了不同温度下NO_x转化率的评价试验研究,仿真结果和试验结果吻合良好。随NH₃存储量的增加,NO_x转化率呈上升趋势。随排气温度的升高,NO_x转化率持续上升,当温度超过某一值后趋于稳定。随NO₂/NO_x的增加,NO_x转化率逐渐上升,当NO₂/NO_x超过50%后,NO_x转化率则有所下降;NO_x转化率随NH₃/NO_x的增大而上升,当排气温度较高时,其影响较为明显。     

基于R124-DMAC为工质对的余热吸收式制冷

设计并搭建了制冷量为3 kW、以R124-DMAC为工质、采用电热高温空气模拟发动机排气废热的空冷鼓泡吸收制冷实验系统,通过改变热空气进口温度、冷冻水温度和浓溶泵流率测试系统工作参数的变化趋势。实验结果表明,当发生器稀溶液出口温度约为100℃时,蒸发温度为-4℃,系统COP值最大可达到约0.54,而且实验系统稳定性较好;影响系统制冷量和COP值的主要参数是热空气进口温度和冷冻水温度;当蒸发温度低于5℃时,为了提高制冷效果需考虑设置精馏装置。     

V2O5-WO3-MoO3/TiO2催化剂在柴油机NH3-SCR系统中的性能

针对柴油机运行工况特点及柴油机尾气成分特点,以工业纯锐钛型二氧化钛、偏钒酸铵、偏钨酸铵、钼酸铵为主要原料制备了颗粒状V₂O₅-WO₃-MoO₃/TiO₂催化剂,以Lister Petter TR1重型直喷式单缸柴油机为依托搭建试验台,研究了在真实柴油机尾气环境下催化剂的脱硝性能。结果表明,柴油机负载增大,催化剂脱硝活性呈现下降趋势。1800 r·min^-1时,脱硝活性最大值87.1%在负载25%、反应温度380℃、空速20000 h^-1、氨氮比1.0处取得。柴油机负载不同,导致催化剂活性温度窗口(脱硝活性>70%)发生较大变化,与负载25%相比,负载50%活性温度窗口减小约60℃。增大柴油机负载可以提高NH₃/N₂O反应起始温度,但是同时会导致高温区间(>400℃)N₂O生成量增大。     

胺基CO2固体吸附剂脱碳特性及SO2的影响

燃煤电厂烟气中存在的微量SO₂对胺基CO₂固体吸附剂的碳酸化反应及循环特性有不利影响。利用固定床反应器,针对采用溶胶凝胶法制备的胺基CO₂固体吸附剂的碳酸化特性及其在含SO₂气氛下的失效规律进行了实验研究,并结合红外光谱、有机元素分析、BET等测试手段,研究其失效机理。结果表明,所制备的胺基CO₂固体吸附剂在反应温度50℃时具有较好的碳酸化反应特性和循环特性。当反应气氛中存在SO₂时,由于生成了不可再生的亚硫酸/硫酸盐类物质而导致胺基活性位损失,孔隙结构发生变化,影响了吸附剂的脱碳性能,但适当提高反应温度可提高吸附剂的碳酸化反应竞争性。     

Parametric study and effect of calcination and carbonation conditions on the CO2 capture performance of lithium orthosilicate sorbent

The world is currently facing the challenges of global warming and climate change. Numerous efforts have been taken to mitigate CO_2 emission, among which is the use of solid sorbents for CO_2 capture. In this work, Li_4SiO_4 was synthesised via a sol–gel method using lithium nitrate(LiNO_3) and tetraethylorthosilicate(Si C8 H20 O4) as precursors. A parametric study of Li:Si molar ratio(1-5), calcination temperature(600–800 °C) and calcination time(1–8 h) were conducted during sorbent synthesis. Calcination temperature(700–800 °C) and carbonation temperature(500–700 °C) during CO_2 sorption activity were also varied to confirm the optimum operating temperature. Sorbent with the highest CO_2 sorption capacity was finally introduced to several cyclic tests to study the durability of the sorbent through 10 cycles of CO_2 sorption–desorption test. The results showed that the calcination temperature of 800 °C and carbonation temperature of 700 °C were the best operating temperatures, with CO_2 sorption capacity of 7.95 mmol CO_2?(g sorbent)-1(93% of the theoretical yield). Throughout the ten cyclic processes, CO_2 sorption capacity of the sorbent had dropped approximately 16.2% from the first to the tenth cycle, which was a reasonable decline. Thus, it was concluded that Li_4SiO_4 is a potential CO_2 solid sorbent for high temperature CO_2 capture activity.     

Mechanism of micro-particle motion across falling liquid cylinder for PM2.5 separation (Ⅱ)Efficiency of PM2.5 separation from heavy-duty diesel exhausts

根据（Ⅰ）报提出的液柱交叉流PM_2.5颗粒附面运动与吸收机理及模型计算方法,设计了以钻井废水吸收钻井柴油机尾气PM_2.5的液柱交叉流吸收现场试验装置。吸收器具有高温绝热蒸发与低温绝热冷凝两个操作空间,柴油机尾气通过绝热蒸发空间降温增湿,携带水蒸气到绝热冷凝空间通过扩散在液柱表面冷凝,形成热泳和扩散双重强化PM_2.5吸收分离机制。模型计算显示该机制下0.01～1.0 μm范围内颗粒粒径与分离效率关系不显著,设计工况下单液柱分离效率1.17%～1.36%。由200排三角形布置的液柱构成的吸收器总体分离效率90%～93%。该过程可同时蒸发废水461.2 kg·h^-1。但颗粒分离效率随蒸发负荷及液柱温度的上升而降低,温升10℃、单液柱分离效率降低60%。现场模型试验装置监测数据与本文模型计算总分离效率基本接近。     

Operating limits and features of direct air capture on K2CO3/ZrO2 composite sorbent

Potassium carbonate-based sorbents are prospective materials for direct air capture (DAC). In the present study, we examined and revealed the influence of the temperature swing adsorption (TSA) cycle conditions on the CO₂ sorption properties of a novel aerogel-based K₂CO₃/ZrO₂ sorbent in a DAC process. It was shown that the humidity and temperature drastically affect the sorption dynamic and sorption capacity of the sorbent. When a temperature at the sorption stage was 29 ℃ and a water vapor pressure in the feed air was 5.2 mbar (1 bar = 10⁵ Pa), the composite material demonstrated a stable CO₂ sorption capacity of 3.4% (mass). An increase in sorption temperature leads to a continuous decrease in the CO₂ absorption capacity reaching a value of 0.7% (mass) at T = 80 ℃. The material showed the retention of a stable CO₂ sorption capacity for many cycles at each temperature in the range. Increasing P_H2O in the inlet air from 5.2 to 6.8 mbar leads to instability of CO₂ sorption capacity which decreases in the course of 3 consecutive TSA cycles from 1.7% to 0.8% (mass) at T = 29 ℃. A further increase in air humidity only facilitates the deterioration of the CO₂ sorption capacity of the material. A possible explanation for this phenomenon could be the filling of the porous system of the sorbent with solid reaction products and an aqueous solution of potassium salts, which leads to a significant slowdown in the CO₂ diffusion in the composite sorbent grain. To investigate the regeneration step of the TSA cycle in situ, the macro ATR-FTIR (attenuated total reflection Fourier-transform infrared) spectroscopic imaging was applied for the first time. It was shown that the migration of carbonate-containing species over the surface of sorbent occurs during the thermal regeneration stage of the TSA cycle. The movement of the active component in the porous matrix of the sorbent can affect the sorption characteristics of the composite material. The revealed features make it possible to formulate the requirements and limitations that need to be taken into account for the practical implementation of the DAC process using the K₂CO₃/ZrO₂ composite sorbent.     

基于粒子群算法的车用柴油机有机朗肯循环系统运行参数优化

为了有效回收柴油机排气余热能,通过实验研究了一台车用柴油机排气能量变化规律,进而设计有机朗肯循环(ORC)系统回收该柴油机的排气余热能,并基于粒子群算法,以净输出功率和(火用)效率为目标函数,选取蒸发压力、过热度和膨胀机膨胀比为优化变量,对ORC系统的运行参数进行了优化研究。优化结果表明,在柴油机不同运行工况条件下,存在最佳的蒸发压力、过热度和膨胀机膨胀比,从而使ORC系统的净输出功率和(火用)效率最优。根据运行参数优化结果,分析了ORC系统和车用柴油机-ORC联合系统(联合系统)的性能。研究结果表明,当柴油机转速为2200 r·min^-1,转矩为1215 N·m时,ORC系统的净输出功率可达30.61 kW,联合系统的有效输出功提升率(POIR)可达9.86%;当柴油机转速为1200 r·min^-1,转矩为1131 N·m时,联合系统的有效燃油消耗率(BSFC)为175.0 g·(kW·h)^-1。