基于余热回收的燃气热泵性能及控制系统

燃气热泵（gas engine-driven heat pump,GHP）具有环境适应性强、能效高、耗电量少等优点,能够解决一次能源利用率低、资源浪费和环境污染等问题。当前研究重点是通过模拟和实验方法开展燃气热泵的运行特性研究,而忽略了控制系统。控制系统是燃气热泵的重要组成部分,对于保障机组高效、稳定运行至关重要。本文提出一种嵌入式控制系统,监控GHP冷热水机组（gas engine driven heat pump cold-hot water equipment,GHPW）。详细阐述了多输入输出控制模块、发动机控制模块、蒸发温度控制模块、人机交互模块等燃气热泵核心控制模块的设计原则和方法。通过实验验证了GHPW的运行性能,实验结果表明,控制系统能够准确、稳定地控制机组,实现快速制冷/制热。通过主控制器对发动机转速和蒸发温度的双闭环控制,实现对系统出水温度的稳定性和准确性控制。当环境温度较低时,由于回收发动机余热,GHPW系统的制热能力优于EHP （电热泵）系统。随着环境温度从-20℃上升到7℃,实验系统的制热量从52.94kW逐渐上升到105.87kW,系统一次能源利用率（prim...     

循环水流量对ORC余热发电系统性能影响的试验分析

基于实验室3 kW有机朗肯循环（ORC）低温余热发电试验装置,参考石化行业能耗设计标准将循环水作为耗能工质,采用总能系统方法进行能耗分析,对比了不同热源温度下不同分析边界的系统及主要设备的热力学性能。结果显示：发电机输出功、膨胀机输出功、ORC子系统净输出功、ORC子系统热效率和?效率均随着热源温度和循环水流量的增加而增加;不同热源温度下,最大系统净输出功与最大系统?效率出现的工况一致。本试验在热源温度为120℃时取得最大系统净输出功0.731 kW和最大系统?效率11.81%,此时对应循环水流量为1.629 t·h^-1。该研究为ORC余热发电系统性能与能耗分析提供了参考。     

不同余热情况下有机朗肯循环和卡琳娜循环能量性能对比

有机朗肯循环和卡琳娜循环都是发展前景广阔的低温余热动力利用技术,这两种技术在余热利用方面各有其优势和劣势。在炼厂中,余热资源分布广泛,针对不同余热热源选择合适的动力循环系统对能量的有效利用具有实际意义。热效率和(火用)效率是评价动力循环系统的两个重要指标。通过将余热资源分成3类,即显热热源、复合热源和潜热热源,用Aspen Hysys软件对有机朗肯循环和卡琳娜循环进行流程模拟,考察了余热资源特性对有机朗肯循环和卡琳娜循环能量性能的影响。结果表明当余热为显热热源时,卡琳娜循环系统优于有机朗肯循环;当余热为复合热源且潜热与显热比R=1或当余热为潜热热源时,有机朗肯循环优于卡琳娜循环。     

空分系统空气压缩余热自利用性能优化研究

为探究大规模空分系统中空压机余热利用的可行方法,提出利用压缩余热驱动有机朗肯-蒸汽压缩制冷耦合循环,所得制冷量用于空压机入口空气冷却,从而提高压缩系统效率,实现空压机余热自利用和压缩过程自增效的目的。以6万空分规模中空压系统的余热回收为例,利用MATLAB对该余热自利用系统进行了热力学建模;进一步,以系统经济性最大化为目标,针对典型湿度地区的运行工况采用萤火虫算法对主要蒸发器换热面积进行优化。结果表明,在入口空气相对湿度为70%和30%时,该多级空压余热自利用系统的节能率分别可达到4.6%和4.2%,回收周期分别为4.4年和5.5年,系统显示出较好的节能效果和较高的经济价值。     

工业过程余热回收利用技术研究进展

概述了余热利用的热交换技术、余热制冷制热技术、低温有机朗肯循环及Kaliana 循环余热发电技术的应用,并对其热力学原理以及研究方法进行了分析。认为研究推广低温有机朗肯循环及Kalina 循环等低温余热发电技术对提高余热利用率更加有效,余热制冷制热技术的应用必须与工艺过程相结合,加强计算机模拟在制冷过程的设计中的应用。     

低温余热回收的有机朗肯循环模拟与优化

能源与环境是人类可持续发展所面临的重要问题.提高能源利用效率已经成为解决能源危机和全球气候变化的重要手段.在炼化企业中,大量的低温余热通过冷却公用工程直接排放到环境中,从而导致大量的余热浪费.如果将这部分余热加以回收利用,则将会显著提高整个系统的效率,并且减少温室气体排放.分别采用R245fa和异丁烷作为循环工质,利用...     

变温热源的有机朗肯循环性能分析

研究用于变温热源(烟气余热)动力回收的有机朗肯循环。考察了6种候选有机物工质和不同循环形式(如有无过热、有无回热)。系统净功、热效率、效率作为热力学指标,换热总能效(U_A),透平尺寸因数(S_P),透平等熵容积流速比(V_(FR))可大概反映系统尺寸和造价,作为技术经济性指标。采用Matlab编程,以最大净功为目标对循环进行了热力学优化和分析,并对最大净功下系统的经济性做了初步分析。结果表明:采用回热的循环输出更高净功。苯的简单循环输出最大净功,137.14 k W;庚烷的回热循环输出最大净功,156.71 k W。从技术经济性分析,在最大净输出功下,回热循环U_A和V_(FR)更小,SP差别不大。     

利用LNG冷能与工业余热的有机朗肯循环复合系统优化分析

对中低温余热(150℃)及LNG(-162℃)冷能联合利用,设计了一种复合式有机朗肯循环,对此复合循环系统进行了详细的热力分析及经济性分析,并与相对应的单独循环系统进行了比较。结果表明,该复合循环系统的净输出功比单独循环系统提高了41.55%,热效率和效率也分别提高了18.09%和19%,单位功率所需换热面积也仅为单独循环系统的61.03%。对该复合循环系统各部件进行了可用能损失分析,同时考虑了LNG余压的利用,进一步提出了优化方案。     

PTA装置母液余热回收工艺研究

对苯二甲酸是一种重要的化工原料,对苯二甲酸生产工艺中精制单元会产生150℃、0.5 MPa的母液,具备一定的利用潜力.目前多采用溴化锂吸收式热泵或是有机朗肯循环回收该部分余热,但是存在投资周期长、热利用率低的问题.针对该问题探讨了新的高效余热回收利用方式,并与其他方式对比得到了较优的方案.结果显示,采用螺杆水蒸汽热泵将...     

工质流量对ORC低温余热发电系统性能的影响

搭建了以自行研发的向心透平为膨胀机的ORC低温余热发电系统实验平台,研究了R123质量流量对循环系统的性能影响。结果表明:液压隔膜泵的温升和熵增均较小,所消耗的功率随流量的增加而增加。工质在蒸发器内的压降明显大于冷凝器内的压降,均随流量的增加而增加;向心透平的等熵效率随质量流量的增加先增加后减小,存在最佳流量0.215 kg·s^-1使透平等熵效率达到最大值0.775;系统输出的电功率随流量的增加而增加,流量为0.283 kg·s^-1时输出系统最大功率为2.009 kW;蒸发器的(火用)损率占系统总(火用)损率的比重最大,冷凝器次之,向心透平第三,在本实验最佳质量流量下,三者的(火用)损率分别为62%、32%、6%。     

船舶烟气余热驱动有机朗肯循环的系统性能分析

利用设计的有机朗肯循环系统回收船舶柴油机的排气能量,考虑冷却水循环,分析了蒸发温度、膨胀比对系统性能的影响。定义经济性函数为系统所需总换热面积和净输出功的比值,而综合评价函数为经济性目标函数和（火用）效率的加权和,以不同的优化目标函数,确定了适用于有机朗肯循环系统的最佳冷凝温度。研究结果表明,在一定膨胀比下,热效率随着蒸发温度的升高先增大再减小,存在最佳蒸发温度;优化目标函数不同,系统存在不同的最佳冷凝温度,以综合评价函数为优化目标,可确定较优的最佳冷凝温度;以R245fa为工质时,最佳蒸发温度为390K,最佳冷凝温度为316K,膨胀比为6.6,热效率可以达到12%;工质的选择对系统性能有很大影响,不同评价指标下系统的性能分析也不同。     

车用柴油机余热回收有机朗肯循环系统方案热经济性对比分析

为实现对车用柴油机余热能量的充分回收,针对简单有机朗肯循环系统和双有机朗肯循环系统进行对比分析研究。根据某车用六缸柴油机的台架试验结果,在研究其变工况下余热特性的基础上,建立两种有机朗肯循环系统的热力学模型和经济模型,并对两个系统的热经济性进行了对比分析。结果表明：在柴油机整个工况范围内,双有机朗肯循环系统的净输出功率、功率提升率和有效燃油消耗率改善度均优于简单有机朗肯循环系统,最大值分别为24.38 kW、8.71%和8.01%;双有机朗肯循环系统的单位能量产出成本为0.8089 CNY·（kW·h）^-1,比简单有机朗肯循环系统低19.26%。     

以燃煤废气为热源的LNG冷能三级利用系统

随着化石燃料的日益枯竭,回收工业过程中产生的低温余热已成为一种利用能源的重要方式,针对能量回收再利用的问题,将低温燃煤废气（70℃）及LNG（-162℃）冷能进行联合利用,以朗肯循环为基础,设计了一种可以在发电的同时,对CO₂进行液化的LNG冷能三级式利用系统。详细分析了膨胀机入口压力和温度对LNG冷能三级式利用系统热力性能的影响,确定了循环参数,利用HYSYS进行模拟计算,并与之相对应的LNG冷能二级式利用系统进行比较。结果表明：设计的三级式系统发电单元的热效率及（火用）效率较二级式系统分别提升了57.74%及36.67%;三级式系统总净输出功较二级式系统提升了61.16%,按90%发电效率,0.5元/（kW·h）电价计算,三级式系统每年可带来约52万元的经济效益,CO₂液化量为1580kg/h,每年可减排约CO₂ 1.365×10⁴t,具有可观的经济效益和较好的减排效果。     

基于内燃机余热回收联产系统变工况特性分析

回收天然气内燃机的排气余热是提高能源利用率的有效手段。提出一种回收排气余热的朗肯循环耦合吸收式制冷循环的联产系统,并针对内燃机多变工况特点,构建联产系统的变工况仿真模型开展变工况特性研究。结果表明,当内燃机工况从100%下降到40%时,联产系统的当量效率下降2.14%,系统总能效率增量仅下降1.64%,说明此联产系统具有很好的工况适应性。在40%工况下,制冷循环由于溴化锂溶液的结晶而不能正常运行。研究结果为联产系统的实际运行提供理论指导。     

一种新型天然气锅炉烟气余热回收系统

引言随着城市生活水平的提高,空气质量逐渐成为人们关注热点,清洁能源得到越来越广泛的应用。天然气的大量开采,使得天然气锅炉凭借其节能环保的优势在城市供暖中逐渐占据主导地位。然而,天然气锅炉同样存在排烟温度高引起的一次能源浪费问题。目前大多数热水锅炉的排烟温度为140~200℃,一些蒸汽锅炉则高达250℃。同时,由于     

涡轮增压柴油机余热利用的有机郎肯循环烃类高温工质热力学分析

通过能量分析和㶲分析,对涡轮增压柴油机的不同余热源进行优选;在此基础上,对余热利用的有机朗肯循环进行了热力学分析,选取了10种烷烃类高温工质,通过建立能量平衡方程和㶲分析方程,研究了蒸发压力对不同烷烃类工质的热效率、单位质量烟气净功、㶲效率、系统㶲损和膨胀机体积流量比（VFR）的影响规律。结果表明：废气再循环余热为最佳热源;所有工质的热效率、单位质量烟气净功、㶲效率和VFR随着蒸发压力的增加而增加,㶲损随着蒸发压力的增加减少;相同蒸发压力下,直链烷烃类工质的热效率、单位质量烟气净功、㶲效率和VFR随着工质临界温度的增加而增加,㶲损随着工质临界温度的增加而减少;在保证VFR≤50的工况下,环戊烷具有最高的热效率和㶲效率。     

冷凝条件对基于混合工质的内燃机余热有机朗肯循环热力性能的影响

利用建立的内燃机余热有机朗肯循环模型,选取R245fa分别与环己烷、环戊烷组成非共沸混合工质,对3种冷凝条件下的有机朗肯循环进行热力学分析,研究了冷凝条件对非共沸混合工质有机朗肯循环性能的影响规律,提出了确定混合工质冷凝温度的方法。结果表明：冷凝条件是影响系统性能的重要因素,在定泡点冷凝温度工况下,纯工质的热力性能优于混合工质的热力性能;在定露点冷凝温度工况下,配比合适的混合工质的热力性能优于纯工质的热力性能。混合工质的冷凝温度应根据冷却介质进出口温度、混合工质的温度滑移和传热窄点温差进行优化;当冷却介质的温升小于混合工质的最大温度滑移时,随着R245质量分数的增加,系统输出净功出现两个极大值,但输出净功最大值出现在热力性能较优工质所占比例大的质量分数点;当冷却介质温升大于混合工质的最大温度滑移时,输出净功最大值出现在温度滑移最大的混合工质质量分数点。     

燃气机热泵燃气机转速与蒸发器过热度联合控制试验

燃气机热泵是由燃气机、热泵系统和数据采集控制系统组成的复杂系统。系统运行过程中,燃气机转速与蒸发器过热度的有效控制是系统安全高效运行的前提。根据燃气机及热泵系统的特性,设计了燃气机转速与蒸发器过热度联合控制策略,其中燃气机转速采用PI控制,蒸发器过热度采用增益调度控制,并将该控制策略应用于燃气机热泵的控制,对燃气机转速与蒸发器过热度的联合控制进行了试验。当蒸发器过热度设定值改变时,过热度的超调量小于1℃,转速控制表现出较强的抗干扰性能;当燃气机转速设定值改变时,燃气机转速基本没有出现超调,过热度的波动范围小于0.5℃。试验结果表明,当燃气机转速设定值和蒸发器过热度设定值连续改变时,联合控制策略同样表现出良好的动态响应特性和抗干扰性能。本文结果可以为燃气热泵的自动控制系统设计提供技术支持。