恒温热源实际闭式燃气轮机回热循环性能的有限时间热力学分析

用有限时间热力学方法分析实际循环性能,计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失,压气机、涡轮机中的不可逆压缩、膨胀损失和管路系统中的压力损失,导出恒温热源实际闭式燃气轮机回热循环的功率输出和热效率与循环压比间的解析式。优化换热器和回热器间的热导率或传热面积分配可得循环最优特性。给出了详细的数值算例,分析了回热器、换热器的有效度,压气机、涡轮机内效率,压力恢复系数和高、低温热源温比对循环功率和效率的影响。有关结果具有工程实用意义,并有助于建立不可逆热机理论模型。图６参２４     

超临界二氧化碳动力循环余热利用方案优化研究

针对燃气轮机余热利用问题，以有回热的超临界二氧化碳(S-CO₂)动力循环为基础，引入中间冷却、中间再热和分流再压缩技术，建立6种循环方案。分别以S-CO₂动力循环的循环效率最高和循环净输出功最大为优化目标，采用遗传算法对各方案的参数进行优化，并对每个方案的优化结果进行经济性比较。结果表明：以循环效率最高为优化目标时，引入一次中间冷却、一次中间再热和一次分流再压缩都能不同程度提高循环效率，其中引入一次分流再压缩和一次中间再热的方案6循环效率最高，达到43.29%；以循环净输出功最大为优化目标时，引入一次中间冷却可以增大输出功，引入一次中间再热会减小S-CO₂动力循环净输出功，而一次分流再压缩退化为无分流方案，其中引入一次中间冷却的方案2净输出功最大，为82 620.02 kW;6个方案的经济性均在以S-CO₂动力循环净输出功最大为优化目标时更具优势，原因在于这种情况下对燃气轮机排烟的余热利用效率更高，其中方案2运行20年收益最大，为50.65亿元。     

热阻和内不可逆性对实际闭式燃气轮机回热循环性能的影响(续)

用有限时间热力学方法分析实际热机循环性能，计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失，压气机和涡轮机中的不可逆压缩、膨胀损失，和管路系统中的压力损失，导出变温热源条件下实际闭式燃气轮机回热循环的功率、热效率与压比间的解析式，并给出了详细的数值算例说明外不可逆性（热阻）和各内不可逆性对循环特性的影响     

热阻和内不可逆性对实际闭式燃气轮机回热循环性能的影响

用有限时间热力学方法分析实际热机循环性能，计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失，压气机和涡轮机中的不可逆压缩、膨胀损失，和管路系统中的压力损失，导出变温热源条件下实际闭式燃气轮机回热循环的功率、热效率与压比间的解析式，并给出了详细的数值算例说明外不可逆性（热阻）和各内不可逆性对循环特性的影响。     

超临界二氧化碳600 MW燃煤发电系统热力学性能仿真研究

本文采用Ebsilon软件对超临界二氧化碳布雷顿循环600 MW燃煤发电系统进行仿真研究,分析该系统主压缩机入口/出口压力、再热透平入口压力、压缩分流系数以及主/再热气温对其热力学性能的影响。研究结果表明:系统发电功率和循环效率随主/再热气温的提升而升高;主压缩机入口和出口压力存在最佳值;系统循环效率受压缩分流系数的影响较大,压缩机的总耗功量随压缩分流系数的升高而增大,导致系统发电功率降低;再热透平入口压力对系统循环效率影响较小。通过遗传算法对发电系统多参数进行优化可得,当主压缩机入口及出口压力分别为7.94、30.94 MPa,再热透平入口压力和压缩分流系数分别为17.88 MPa和0.30时,系统循环效率最高可达48.89%。     

600MW超临界火电机组给水回热系统改造及分析

国内现役一次再热燃煤机组的回热系统性能还有提高的空间,主要表现在机组的第三段抽汽具有超高的过热度,导致换热温差过大以及能级利用不合理,使不可逆损失的增大。当前较为普遍的改造措施即采用外置式蒸汽冷却器,降低换热器设计压力,通过提高回热效率提高机组总体发电效率。本文基于某燃煤电厂600MW的超临界机组,对于可提高机组回热效率的技改措施及热经济性进行综合分析,为汽轮机设计及现役机组的改造提供重要理论依据。     

内燃机余热回收冷热电联供系统性能研究

针对内燃机排气的特点,构建了一种新型冷热电联产（CCHP）系统来进一步回收排气余热,达到节能减排的目的。该CCHP系统由1个简单回热超临界二氧化碳（S-CO2）布雷顿循环、1个喷射式制冷循环和1个热水器组成。为了评估系统性能,建立了系统的热力学模型,并比较了单一S-CO2循环与CCHP系统的性能参数。此外通过参数分析,研究了压缩机出口压力、透平1进口温度以及制冷蒸发温度3个重要参数对于系统性能的影响。最后,以系统同时产生最大净输出功和制冷量（CCP模式）或同时产生最大净输出功和供热量（CHP模式）为优化运行模式,对系统进行了多目标优化。结果表明:CCP模式下,系统净输出功、制冷量、供热量之和为546.87 kW,热效率和?效率分别为45.81%和50.55%;而在CHP模式下,同样的性能指标则分别为501.35 kW、41.95%和50.46%。     

超临界二氧化碳火力发电系统比较研究

利用Aspen plus对煤基超临界二氧化碳布雷顿循环分流再压缩常规、二次再热和多级压缩火力发电系统建立了工程化系统模型,并以600MW机组为基础,研究了在相同压缩分流系数、压缩机入/出口压力、再热透平入口压力、主压缩机入口温度、高压透平和再热透平入口温度对系统循环效率和回热器换热效率的影响并进行比较,总的来说,在该系统布置状态下,压缩机分流系数、压缩机入/出口压力与主压缩机入口温度对系统性能和回热器换热效率影响显著,其他因素影响并不明显。二次再热系统性能优于原始循环系统和多级压缩系统,二次再热系统能达到最佳的系统效率,多级压缩系统并未对系统效率有效提升。     

再热-抽汽回热-内回热结合的有机朗肯循环热力性能分析

为了提高有机朗肯循环(ORC)的热效率,提出了再热、抽汽回热和内回热3种方式相结合的新型有机朗肯循环系统(新型系统),以有机工质R245fa为研究对象,分析了新型系统热效率和火用损失与循环再热蒸汽压力和汽轮机抽汽压力的关系,并将新型系统在最佳再热蒸汽压力条件下的热力性能分别与单一再热ORC、内回热ORC、抽汽回热ORC、抽汽-内回热ORC系统进行计算比较。结果表明:随着汽轮机抽汽压力的提高,新型系统热效率逐渐增大,但增大趋势趋于平缓,其最佳再热蒸汽压力为1.4 MPa;新型系统为最优系统,其热效率达到18.86%,远高于同参数单一再热ORC和内回热ORC,分别比抽汽回热ORC和抽汽-内回热ORC的系统热效率高2.63%和1.51%。     

100 MW超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统热力性能研究

使用EBSILON软件对100 MW超临界二氧化碳布雷顿循环发电系统进行仿真研究,选择以分流再压缩与再热耦合作为循环方式,讨论了关键参数包括压缩机入口压力、压缩机出口压力、再热透平入口压力、压缩机分流比对系统循环效率的影响.研究结果表明:主压缩入口压力、主压缩机出口压力、分流比、再热压力对系统循环效率有较大影响.最后使用遗传算法进行全局优化,找到了最高循环效率点的最佳关键参数.     

高压调温水余热有机朗肯循环发电系统研究及工程应用

以流量为130 t/h、温度为130 ℃的尿素装置高压调温水（高调水）为研究对象,基于有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统建立模型,采用R245fa、R600a和R236ea作为循环工质,分别在蒸发温度95~115 ℃,冷凝温度26~34 ℃,过热度0~20 ℃条件下对其系统性能进行模拟研究。结果表明:在相同的模拟条件下,R245fa的循环热效率最高,净输出功最大;R600a的净输出功最小,但是比净功最大;R236ea的循环热效率最低,比净功最小。依据模型研究结果,综合考虑了热力学性能、安全性及环保性,选择以R245fa为循环工质,设计并建设了高调水余热ORC发电机组。实际运行结果显示:机组的循环热效率和净输出功随着环境温度的影响较大,在冬季环境温度为5.4 ℃时,机组循环热效率达到10.78%,净输出功为221.40 kW;而夏季环境温度为30.3 ℃时,机组的循环热效率为9.06%,净输出功仅有190.5 kW。     

二次再热机组热经济性分析

针对典型超(超)临界一次再热机组,在新蒸汽参数和一次再热参数不变的基础上,以5台典型超(超)临界一次再热机组为母机型,叠加1个二次再热部分,构建了二次再热机组模型;采用做功系数法及汽轮机中蒸汽等熵膨胀过程线对二次再热理想循环热效率进行理论分析及数据计算。结果表明:不同机组最佳二次再热压力为一次再热压力的19%~23%;相同机组二次再热压力与一次再热压力比值的选取范围为15%~30%;在该压力范围内,二次再热理想循环热效率比一次再热高约1%。该结论为实际工程中二次再热压力的选取提供参考。     

余热锅炉型联合循环系统模型的建立及参数优化研究

现阶段大型燃气循环机组进气温度逐步提高,燃气轮机排烟热损失也不断升高,需充分利用燃气轮机的排气热量,实现能量逐级利用,提高电厂循环热效率,减少经济运行成本。本文针对当今高效率、大容量燃气轮机的联合循环,蒸汽循环采用常见的双压再热余热锅炉,建立双压再热余热锅炉系统模型,引进定量评价指标,通过MATLAB软件建模分析计算不同热力参数对双压再热循环系统的影响程度,以蒸汽循环热效率最佳为目标,进一步优化双压再热余热锅炉与汽轮机蒸汽参数匹配问题。同时,引入优化过程中的边界条件,计算不同参数对双压再热余热锅炉系统的相对平均变化率,设计优化循环流程,最终得到双压再热余热锅炉蒸汽参数优化数据。     

全回热超临界二氧化碳布雷顿联合循环特性及(火用)经济性分析

大量的废热损失和在中低热源应用下的低效率是影响超临界二氧化碳(supercritical carbon dioxide,S-CO₂)布雷顿循环在可再生能源应用的重大挑战。为实现能量的高效利用，提出并分析了一种具有较好热源适应性的布雷顿联合循环系统。该系统通过集成预冷-锅炉耦合模块和吸收式发电/制冷耦合模块代替常规预冷器，可以完全回收预冷器的余热，通过多种工作模式，保证系统性能不受环境温度和季节变化的影响。研究结果表明：透平2入口温度、余热回热器1出口过热度和热端温差对系统分流比、能量输出和模块间耦合关系有显著影响；此外，由于不可逆性的改善和(火用)损失的减少，中间换热器、透平1和发生器(含精馏塔)的(火用)损失分别占比56.1%、6.9%和5.2%；优化后的热效率、(火用)效率、产品(火用)流成本和净输出功分别达到84.2%、74.1%、9.48美元/GJ和397.4 MW。     

一种低温余热驱动的新型功冷联供系统

为了充分利用低温余热,提出了一种以氨水为工质的新型功冷联供复合循环系统,该系统以Goswami循环为基础,耦合了氨吸收/喷射式制冷方式。该新型功冷联供系统可显著提高Goswami循环的制冷能力,在改变分流比时,还能实现系统输出冷功比连续可调。通过热力学建模对系统进行模拟计算,结果表明,在给定工况下该新型功冷联供系统的联供热效率为12.16%,联供?效率为19.05%,系统?损失主要集中在换热器、精馏器、锅炉这3个部件。分析了吸收器温度、循环压力、锅炉出口氨蒸气温度、分流比这些关键参数对联供系统输出功、制冷量、联供热效率以及联供?效率的影响。     

耦合有机朗肯循环的液化空气储能系统优化

储能是解决风能和太阳能等可再生能源发电间歇性和不稳定性的重要技术途径。针对常规液化空气储能系统循环效率较低的问题,引入有机朗肯循环以利用空气液化阶段产生的压缩热。构建耦合有机朗肯循环的液化空气储能系统,以系统循环效率和空气释能发电阶段㶲效率为目标函数,以压缩机组出口压力、低温泵出口压力、冷箱窄点温差和换热器效能为决策变量,运用非劣分类遗传算法NSGA-Ⅱ进行多目标优化。绘制Pareto最优前沿曲线,采用TOPSIS优选法,得到贴近度最大的系统最优设计方案,与之对应的系统循环效率为62.75%。     

基于太阳能颗粒集热的超临界CO_2流化床换热器模拟研究

基于太阳能颗粒集热的超临界CO_2布雷顿循环系统效率高,发展潜力巨大。本文应用更加精确的颗粒侧传热模型,构建了超临界CO_2流化床换热器模型,以100 kW换热功率的换热器工况参数为基础,对传热管外径尺寸、管束数量、颗粒粒径和流化气体温度进行优化。结果表明:在满足CO_2流动压损为0.01MPa的条件下,优化后换热器的管束参数为管外径10 mm,壁厚2.9 mm,管束数量97根;选择小粒径颗粒时,临界流化速度较低、流量较小,可以有效降低气体热损失,提高换热器热效率和降低风机能耗,优化管束参数条件下,当颗粒粒径从100μm增至500μm时,气体热损失从70.32 W增至1 176.00 W,热效率从99.93%降至98.84%,风机能耗从21.60 W增至405.97 W;流化气体入口温度从570℃提高到630℃,换热器热效率从98.52%提升至99.64%。     

高压加热器的结构及运行

1概述为减少汽轮机运行时不可避免的冷源损失,以提高循环的热效性,发电厂广泛采用了给水回热循环。给水回热是采用汽轮机已作过部分功的蒸汽,通过给水加热器来实现加热给水,使给水在进入锅炉之前先加热到一定的温度。给水回热加热是提高电厂热效率措施之一。我厂1号、2号采用超临界参数;汽轮机系瑞士ABB公司制造的,8级回热和一次中间再热机组,汽轮发电机组的热效性很高。在     

热阻和内不可逆性对闭式回热式布雷顿热泵循环性能的影响

用有限时间热力学方法分析实际热泵循环性能，计入工质与高、低温热源间换热器和回热器的热阻损失，压缩机和膨胀机中的不可逆损失，和管路系统中的压力损失，导出恒温和变温热源条件下实际闭式回热式布雷顿热泵循环的供热率、供热系数与压比间的解析式，并给出了详细的数值算例说明各不可逆损失对循环特性的影响     

间接式超临界二氧化碳塔式太阳能热发电系统仿真优化

本文建立了间接式超临界二氧化碳塔式太阳能热发电系统数学模型,对该系统在不同的透平入口温度、主压缩机出口压力以及循环压比下进行仿真,分析了全厂热效率的变化规律。结果表明:随着透平入口温度的升高,全厂热效率出现先增大后减小的规律,在750℃附近存在最佳透平入口温度;随着循环压比的增大,全厂热效率出现先增大后减小的规律,对于不同的主压缩机出口压力和透平出口温度均存在最佳循环压比。最后提出了该系统的2种参数优化方案,并给出主压缩机入口压力20～35 MPa、透平入口温度500～850℃范围内的参数优化值。