有机工质向心透平全工况性能分析及工况边界探索

向心透平膨胀机具有效率高、结构简单等优点,是有机朗肯循环系统的核心部件,其性能直接影响系统热功转化效率。在内燃机余热回收系统中,透平工作状态会受内燃机复杂多变的工况影响,分析其全工况性能、探索其工况边界特点十分必要。利用计算流体力学软件进行数值模拟,开展向心透平全工况性能分析。结果表明:设计工况下输出功率和效率分别为13.435 kW、79.31%;对于非设计工况,温度变化对透平性能的影响幅度较小;入口压力通过改变透平质量流量来影响输出功率,二者呈线性关系;当入口压力为50%设计值时,透平效率受转速影响变化剧烈,很难再稳定工作;转速对透平工作状态影响较大,在±40%内变化时效率在60%以上,峰值接近80%;当转速变化超过±50%时,效率大幅下降甚至迫近零点,此时透平不宜再运行。该研究结果可为内燃机余热回收系统向心透平设计及实际运行提供参考。     

低温热源有机工质向心透平变工况特性分析

有机物朗肯循环发电系统广泛应用于工业余热、太阳光热和地热等低温热源回收利用领域。作为关键做功部件,膨胀机的性能对有机物发电系统效率和输出功率有着重要的影响。该文针对温度为150~200℃的工业烟气余热,选择R600a为循环工质,进行了适用于有机物朗肯循环发电系统的150k W级有机工质向心透平初步设计和变工况性能研究。在一维气动热力计算和CFD数值模拟基础上,获得了向心透平设计工况气动性能,研究了入口压力、入口温度以及转速对向心透平变工况性能的影响。结果表明,入口压力对有机工质向心透平性能影响最大,转速次之,入口温度的影响最小。同设计工况相比,入口压力变化约±6.25%(±0.1MPa)时,向心透平功率变化约±7.4%(±12 k W),效率变化约±1.2%(±1%),流量变化约±6.58%(±0.27 kg/s)。     

先进压缩空气储能系统的余热回收和利用

压缩空气储能是现阶段快速发展的一种储能技术,能够实现能量的储存和释放.在系统运行过程中,为了避免热量损耗,提出一种回收利用系统排气和换热工质余热的方法,在原余热回收系统基础上添加低膨胀比膨胀机,系统排气通过换热器吸收工质余热,进入膨胀机做功,增加膨胀机组输出功率并提升系统效率.利用Aspen Plus软件建立稳态工况下...     

基于电动热泵的天然气锅炉余热深度回收研究

常规天然气锅炉排放的烟气中含有大量水蒸气,因其未能将烟气降低到露点温度以下而无法有效回收水蒸气冷凝潜热。该研究采用混合工质HD-01的电动热泵与间壁式换热器深度回收天然气锅炉烟气余热。搭建烟气余热深度回收实验平台,并基于实验结果完善烟气余热深度回收理论模型。实验结果表明,该系统平均排烟温度为33.1℃,烟气消白效果明显。该系统可将热网回水温度从42.9℃平均提升至60.0℃,实际余热回收功率占锅炉平均功率的8.7%,平均制热性能系数(coefficient of performance,COP)约5.4。经济分析表明,该系统余热回收成本约为19.5万元,每年可节省87746.44元,投资回收期为2.2年。该系统供热成本相比天然气锅炉节省近49.0%。     

压缩空气储能与燃气–蒸汽联合循环机组最佳耦合方案研究

为满足电网深度调峰要求,对燃气–蒸汽联合循环（NGCC）机组进行灵活性改造,将压缩空气储能（CAES）系统与NGCC机组耦合。利用Ebsilon软件进行模拟计算,寻找最佳耦合方案。计算分析了膨胀机入口空气参数变化对其输出功率的影响,并得到了CAES系统各部件的?分布。结果表明,最佳耦合方案为——在储能阶段,抽取凝结水泵出口凝结水来吸收压缩热,再返回除氧器出口;在释能阶段,抽取少量中压缸抽汽加热膨胀机入口空气,再返回除氧器出口。通过提高膨胀机入口空气温度和流量,可使输出功率均线性增大;而且,提高流量对功率提升效果更为显著。对CAES系统进行?分析时发现,换热器2、3和5的?效率最低,节能潜力较大。     

有机朗肯循环系统中蒸发器的热经济性分析

为探究有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统中蒸发器的结构参数、运行参数等对系统回收余热经济性的影响,从火用回收角度,结合能源经济学,考虑设备初投资、资金的时间价值以及蒸发器全寿命周期内发生的费用,建立了以年净收益为指标的蒸发器热经济性评价模型;并基于该模型进行了算例计算和分析。研究发现,在ORC系统净回收火用量为正值的情况下,投资ORC余热回收项目的年净收益仍有可能为负值,表明单以净回收火用量为指标评价蒸发器性能的方法是不够准确的。ORC系统中存在某一最佳工况,使得系统运行的年净收益最大;当蒸发器换热面积为28 m2、有机工质流量为0.06 kg/s、余热烟气与有机工质质量流量比为7.8∶1时,系统获得最大年净收益约为14 650 元/年。当系统运行参数偏离最佳工况时,将导致投资余热回收项目的年净收益大大降低甚至出现亏损。     

回收烟气余热的特种耐腐蚀塑料换热器的性能分析EI北大核心CSCD

运用特种塑料材料的换热器可以解决烟气余热回收中的低温腐蚀问题,扩大热回收的温度范围。结合1000MW机组烟气余热回收工况,分析了氟塑料管束式换热器和导热塑料翅片管换热器的性能,比较了两者在传热系数、换热面积、换热器体积、流动阻力等方面的差异。尽管氟塑料换热器在传热系数和材料消耗方面具有优势,但翅片管换热器整体体积更小,且管件数量远小于氟塑料换热器。在此基础分析了污垢热阻和材料热导率对翅片管换热器的影响,发现污垢热阻会造成换热器性能20%~30%的变化,材料热导率则需要达到15~20W/（m？K）的阈值,才能实现较好的换热性能。     

回收烟气余热的特种耐腐蚀塑料换热器的性能分析

运用特种塑料材料的换热器可以解决烟气余热回收中的低温腐蚀问题,扩大热回收的温度范围。结合1 000 MW机组烟气余热回收工况,分析了氟塑料管束式换热器和导热塑料翅片管换热器的性能,比较了两者在传热系数、换热面积、换热器体积、流动阻力等方面的差异。尽管氟塑料换热器在传热系数和材料消耗方面具有优势,但翅片管换热器整体体积更小,且管件数量远小于氟塑料换热器。在此基础分析了污垢热阻和材料热导率对翅片管换热器的影响,发现污垢热阻会造成换热器性能20%~30%的变化,材料热导率则需要达到15~20 W/(m?K)的阈值,才能实现较好的换热性能。     

柴油颗粒捕集器-烟气换热器集成设计与性能仿真研究

集成后处理功能的烟气换热器是实现内燃机余热回收小型轻量化的重要途径。针对壁流式柴油颗粒捕集器与板翅式烟气换热器,提出集成颗粒捕集-换热功能的多种过滤型烟气侧结构;使用计算流体力学模拟,分析不同结构在高、中、低流量3组工况下的流动与传热性能。结果表明:颗粒捕集-换热集成结构具有良好的流动换热性能,并具有显著的小型化优势,相较于原系统体积减小43.9%~49.7%;本文结构中,方形多孔壁面的烟气压降较小,W形多孔壁面在质量流量较低工况具有更好的换热性能,而方形多孔壁面在质量流量较高的工况下具有更好的换热性能;在金属隔板处合理布置多孔介质有利于强化换热性能。     

基于深度强化学习的有机朗肯循环内燃机余热回收系统瞬态优化控制EI北大核心CSCD

有机朗肯循环因其热效率较高、部件成熟的优点,被认为是目前主流的内燃机余热回收技术。然而由于实际道路工况的复杂多变,给余热回收系统在瞬变工况下的安全高效控制带来了巨大挑战。为此,该文提出基于深度强化学习的控制方法,通过线下学习优化控制结合线上做决策解决此问题。建立经过实验验证的跨临界有机朗肯循环动态仿真模型,作为深度强化学习的训练环境,进而学习到安全的优化控制策略。仿真结果表明:深度强化学习控制器相比于传统PID恒温控制器(控制膨胀机进口工质温度为定值),可将系统始终控制在更安全和高效的状态;且在未经训练的瞬态波动热源条件下,深度强化学习控制器表现出了较好的外推泛化性能。研究结果证明深度强化学习对瞬态工况下的热动力循环优化控制具有非常可观的潜力。