基于余热回收的燃气热泵系统高温制热特性

燃气热泵(GHP)是一种先进的低碳节能清洁供暖技术。针对当前GHP技术研究中普遍使用的R134a冷媒制热环境温度下限偏高及活塞式压缩机能效偏低等局限,本文创新性地搭建了基于使用R410A冷媒涡旋式压缩机的高能效GHP实验平台,在实验台上进行了不同出水温度(t_w,out)、发动机转速(N_eng)、进水流量(G_w)及是否余热回收下的高温制热特性研究,得到了制热量(Q_h)、耗气功率(P_gas)、压机功率(P_comp)、一次能源利用率(PER)及性能系数(COP)的变化规律,并对关键性能参数进行了误差分析。结果表明,t_w,out由41℃增至50℃时,Q_h、PER和COP分别减小了3.12%、13.17%和18.92%,PER下降的幅度明显小于COP;N_eng从1200r/min增至1800r/min时,在50℃出水下Q_h、P_gas与P_comp     

基于余热回收的电动客车喷射补气热泵的制热性能

根据电动汽车热泵在低温下的制热需求并延长车辆行驶里程,开发了车外换热器支路和余热换热器支路并联的余热回收系统并进行了制热性能试验研究。试验结果显示,对于并联余热回收支路的喷射补气式热泵系统,补气支路压力和补气流量均随着余热量的增加而有明显的提升,而吸气主路流量受余热换热器出口过热度的影响。车外换热器支路和余热换热器支路的流量比也呈线性关系,流量比斜率与余热换热器出口相态有关。并联余热回收喷射补气热泵系统的制热性能随余热量的变化受压缩机吸气量和补气量这两个因素的共同影响。在7℃相对较高的环境工况下,余热量的增加有利于制热量的提升但COP没有优势;在-20℃较低的环境工况下,余热量的增加使得补气流量增长较大,但吸气流量衰减严重,对系统的制热性能提升不明显;在-10～0℃的环境工况下,制热量和COP都随余热量的增加而提升较大,-10℃时,1.8 kW余热量条件下的制热量比0.9 kW余热量条件下的制热量增加了11.6%,COP提升9.18%。     

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...     

双缸滚动转子式压缩机采暖热泵低温制热性能

对双缸滚动转子式压缩机采暖热泵在环境温度（T_od）为-30～0℃,出水温度（T_wo）为41～50℃范围内的制热进行测试。研究表明：外界环境温度对排气温度、蒸发温度影响很大,对冷凝温度影响很小;热水出水温度对冷凝温度影响很大,对排气温度、蒸发温度影响很小。随着外界环境温度的降低,采暖热泵的制热量急剧下降,当T_wo=41℃时,T_od从0℃下降到-30℃,制热量的降幅达62.16%;随着出水温度的升高,采暖热泵的制热量下降缓慢,当T_od=0℃时,T_wo从41℃上升到45℃,制热量降幅仅为5.61%;外界环境温度对COP_h值的影响也显著,当T_wo=41℃时,T_od从0℃下降到-30℃,COP_h值从2.94下降到1.38,降幅达53.06%。双缸滚动转子式压缩机采暖热泵应用于-30～0℃的低温工况下,具有良好的实用价值。     

CO2跨临界循环冷热联供机组性能实验研究

采用CO₂跨临界循环水-水热泵技术，测试了CO₂跨临界循环冷热联供机组的性能特点。通过调节压缩机频率、电子膨胀阀开度、蒸发器侧乙二醇水溶液进口温度与气冷器侧进水温度等方式，测试该机组在以制热为主要目标时最优排气压力的变化，以及不同参数对制热量、制冷量、制热COP_h与系统综合能效COP(制热COP_h与制冷COP_c之和)的影响规律。研究结果表明：在额定工况下，压缩机频率从80 Hz增加到120 Hz时，系统最大制热COP_h从3.9降到3.3;当乙二醇水溶液进口温度升高、气冷器进口水温降低时，系统的制热COP_h以及系统综合能效COP都随之升高。机组同时供冷供热可明显提高系统综合能效，经济性好且节能效果显著。文中的研究成果对于屠宰、酿造等同时具有冷热需求的行业推广应用CO₂冷热联供机组具有参考价值。     

基于准二级压缩空气源热泵热水器的热力性能实验研究

对带中间经济器的准二级压缩低温空气源热泵热水器(HPWT)在不同外界环境温度下的换热性能和制热效果进行实验研究。研究了不同外界环境温度对HPWT的排气温度、回气温度、制热量、消耗功率及制热性能系数(COP)等主要参数的影响。研究表明:随着外界环境温度的降低,HPWT的制热量、能效比依次逐渐降低,在20℃到-15℃的外界环境温度,其制热量下降了64%,COP值下降了54%;加热400 L的冷水到55℃,所需时间差高达3倍之多。在外界环境温度为-15℃时,HPWT的COP值为1.80,较之直接用电制备生活热水,节能效果显著。实验研究对热泵热水器的实际应用具有一定的参考价值。     

热泵型烟气余热回收及降氮系统性能

为解决燃气锅炉烟气冷凝余热回收效率低和氮氧化物(NO_x)排放浓度高的问题，本文提出一种热泵型烟气冷凝余热回收与降氮协同处理系统。该系统利用换热器和压缩式热泵分级回收烟气高温显热和冷凝余热，以实现烟气余热深度回收；并利用吸收余热的热水对助燃空气进行加热加湿，实现烟气降氮效果。搭建了热泵型烟气余热回收及降氮系统试验台，研究了助燃空气含湿量、空气加湿塔液气比、热网回水温度及流量对系统余热回收和低氮排放性能的影响规律。结果表明：在热网回水温度为40℃、流量为1853L/h工况下，系统余热回收效率可达6.9%，排烟温度可降至24.5℃，NO_x排放浓度可降至39.7mg/m³，减排效率可达60.6%。此外，试验工况下的系统供热效率均大于未加湿时锅炉的热效率，余水回收量为20.2～31.2t/a，证明该系统能够协同处理好燃气锅炉的冷凝余热回收、降氮排放、余水回收和消白问题。该系统的最短投资回收期约为4年，具有良好的节能、环保与经济效益。     

出水温度对采用电子膨胀阀的风冷热泵冷(热)水模块机组制热性能的影响

为了研究出水温度变化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)水模块化机组制热性能的影响,对5台名义制冷量和制热量分别是60kW和64kW该类机组进行实验研究,实验工况是变工况,其出水温度是39～50℃、环境温度-10～13℃、相对湿度90%。实验得出制热工况时出水温度在39～50℃范围内,机组制热量是34.6～78.8kW,消耗功率是16.2～22.2kW,COPh值是1.77～4.20,以及得出出水温度对机组性能参数的影响规律,这些规律为风冷热泵冷(热)水模块机组的节能运行提供了依据。     

环境温度对采用电子膨胀阀的风冷热泵冷(热)水模块机组性能的影响

为了研究环境温度变化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）水模块化机组制冷和制热性能的影响,对5台制冷量60 kW的机组在出水温度5～12℃、环境干球温度25～42℃、相对湿度40%工况条件下进行实验,得出一系列制冷量、制冷消耗功率、制冷COP、制热量、制热消耗功率和供热COP_h实验数据,并得出环境温度对机组这些性能参数的影响规律;同时,通过比较实验机组和以热力膨胀阀作节流元件的风冷热泵机组,总结出前者具有更良好的能量调节性能和节能性能,并且设备运行的实际工况偏离设计工况越远,如在环境温度40℃,相同的7相似文献   

一种天然气液化和CO2捕集相结合的余热回收发电系统

针对余热回收和能源利用的问题,以液化天然气(LNG)作为冷源,稠油开采废气作为热源,提出了一种结合天然气液化和废气发电与CO₂捕集的余热回收利用系统。分析了关键热力学参数对系统热力学性能的影响。结果表明：对于有机朗肯循环和制冷循环,增加透平膨胀机的进口温度,降低其出口压力以及减少制冷循环压缩机进出口的压缩比,可获得最大净输出功为454.9 kW,余热回收效率为34.2%。对于天然气液化系统,采用C++进行非线性约束优化计算,以氮膨胀制冷循环压缩机总功耗为目标函数进行优化,得到压缩机最优总功耗为101.54 kW。降低天然气压缩机(K110)进口温度,氮气膨胀机(T3)出口压力以及氮气质量流量,可获得最大LNG调峰量为378.8 kg/h,反之,CO₂捕集量可提高28.6%。     

CO2捕集工艺中热再生气余热的PVDF/BN-OH平板复合膜回收特性

围绕CO₂化学吸收工艺中热再生气的余热回收来开展研究。本文在CO₂化学吸收系统的再生塔顶增设换热器，利用分流的冷富CO₂吸收剂溶液来回收热再生气(CO₂和水蒸气混合气体)中的余热，可降低CO₂再生能耗，且余热回收性能越优，降耗效果越明显。采用膜换热器替代传统钢制换热器，利用余热回收过程中冷凝水的热质耦合传递，可强化余热回收性能。本文以聚偏氟乙烯(PVDF)为主体，添加羟基化氮化硼(BNOH)共混改性，以聚酯纤维(PET)无纺布作为支撑层，制备了PVDF/BN-OH平板复合膜，并在乙醇胺(MEA)基富液分流化学吸收工艺中，探讨了复合膜的余热回收性能，同时与商业PVDF平板膜进行了对比。结果显示，与不添加BN-OH的M1膜相比，添加质量分数1%BN-OH的M3膜的平均孔径增加了约11.32%，而孔隙率仅下降了约7.14%，且依然保持亲水特性(水接触角为77.1°)，同时热导率提高了约52.25%，说明M3膜具有强化热质耦合传递特性的潜能。与M1膜相比，在相同的操作参数条件下，M3膜...     

超临界CO2干燥过程能耗分析及节能优化

为了优化超临界CO₂干燥过程，降低其能耗，利用Aspen Plus软件对超临界CO₂干燥制备SiO₂气凝胶工艺过程进行模拟和优化，同时进行能效分析和(火用)效分析，此外，利用响应面分析法对新系统的分离过程进行参数优化。结果表明：干燥过程中的能耗损失主要集中在加热和冷却单元，其中CO₂循环冷却耗能占比最大，占系统总损失的59.39%,通过改变加压方式并且利用冷却水循环建立热能回收利用系统，干燥系统的能效和(火用)效被提升到52.93%、13.06%,相比于当前系统提高了2.78%、7.19%,系统耗能由5 756.65 kJ/h降低至2 647.23 kJ/h。预测新系统的最佳分离条件为分离温度为48.7℃、分离压力为4 MPa,该条件下CO₂利用率为83.26%,乙醇残留率为1.19%。     

低温下提高CO2空气源热泵进水温度对系统性能的影响

在低温工况下,因跨临界循环CO₂热泵系统气体冷却器的进水温度和CO₂出口温度降低,压缩机吸气压力和温度随之降低。当系统的吸气压力低于压缩机的吸气压力下限时,将导致系统无法稳定运行。为了改变这种现象,采用在气体冷却器冷水入口处混水的方法,将热水箱的热水旁通至气体冷却器冷水入口。采用三通调节阀调节混水比例,适当提高气体冷却器的进水温度,以期实现系统在低温工况下的稳定运行。实验测试结果表明,采用混水方法不仅可保证低温工况下跨临界循环CO₂空气源热泵热水系统的稳定运行,同时可降低结霜频率,延长系统运行时间,但系统的制热量和COP将小幅下降。兼顾系统的热力性能及运行稳定性,当环境温度为-20℃、制热温度为60℃时,较为适宜的混水温度为12~18℃。     

单缸补气转子式压缩机在热泵系统中制热性能

利用中间补气技术将单缸滚动转子式压缩机应用于空气源热泵系统中,系统地研究以R410A为冷媒的热泵系统在变频、变补气压力工况下制热性能的变化规律。实验结果表明：中间补气系统的制热量及系统功率均随着压缩机频率f、中间补气压力p_inj的增加呈上升趋势,同频率下系统功率则以线性方式增长,而系统制热量随着补气压力及频率的增大,其相对增长率逐渐减小。因此COP_h在低频时存在最佳补气压力,而在高频时无极值点;与单级压缩系统相比,在800~1200 kPa、50~80 Hz范围内,中间补气系统的制热量、功率、COP_h最大提升分别为27.55%、30.75%、7.1%。随着频率及补气压力的增加,系统COP_h下降,因此中间补气技术应与合理的控制策略相结合,可使中间补气系统达到节能高效的目的。     

跨临界CO2热泵单/双级切换性能优化对比分析

为提高跨临界CO₂热泵系统在不同地区采暖的能效和经济性,提出STSHPS(单、双级切换的热泵系统),并与BASE(单级压缩热泵系统)和TSHPS(双级压缩热泵系统)进行对比,通过建立各循环系统的热力学、环境性以及经济性模型,从不同角度进行分析。研究结果表明：设计工况下,环境温度为3℃时,双级压缩系统的C_OP(制热性能系数)大于单级压缩系统,即环境温度为3℃可作为单双级切换的条件;在乌鲁木齐采用STSHPS碳排放所造成的成本与BASE相比降低22%;STSHPS在单级压缩运行时采用2台压缩机交替运行的方式,初始成本经过折算与TSHPS相比降低26.9%—66.7%;在设备运行15 a后,3个城市的累计总费用,STSHPS与TSHPS和BASE相比降低5.3%—16.8%和1.8%—13.5%。STSHPS的能效、环保性能以及经济性均是3个系统中最好的,优势比较明显。     

硫酸铵熔融反应法从含钛高炉渣中回收钛

以承钢含钛高炉渣、(NH₄)₂SO₄和KHSO₄为主要原料,通过熔融反应法使其中的钛转化为易溶于水的形式,达到回收钛的目的。考察了(NH₄)₂SO₄加入量、KHSO₄加入量、加热温度和保温时间对钛回收率的影响。实验结果表明,反应温度和保温时间对钛回收率的影响较大。回收钛的最适条件为：含钛高炉渣与(NH₄)₂SO₄的质量比为1∶6,反应温度为350℃,保温时间为27 min,在此条件下钛的回收率为91.7%,硫酸铵中氮的挥发损失率为81.5%。回收钛后所得残渣主要含有大量硫酸钙、二氧化硅和少量钙钛矿、钙铝黄长石。     

低GWP混合工质回热热泵采暖性能

随着我国煤改电政策的逐步推行,我国北方地区的冬季采暖面临着环保高效的改进需求,空气源热泵作为近年来研究的热点,其低环温运行的效率值得关注。利用环保混合工质CO₂和2,2-二氟丙烷,本研究构建了结构简单、成本低廉且易于控制的回热热泵循环,并通过理论优化分析了该循环不同环境温度下的制热性能。当环境温度从-30℃变动至10℃,回热热泵循环的COP从1.87升高至3.51,单位容积制热量从1773 kJ/m³升高至5516 kJ/m³。通过与常规补气循环的比较,该混合工质及回热循环具有用于冬季采暖的潜力和可行性。此外,由于高沸点组分的加入,传统CO₂循环过高的运行压力也得到了很好的控制,这也更有利于该系统的实际应用。     

焦炉多余热回收系统的分析及优化

为了研究焦炉多余热回收系统中能量的利用情况，依据分析理论，通过对某焦化厂实际案例的计算，对现有的余热回收方案进行分析，指出3个子系统运行过程中的能量回收的薄弱环节。结果表明：干熄焦、荒煤气、烟气余热回收系统的效率分别为55.16%、17.18%、51.75%，干熄焦系统的损主要为换热过程中产生的不可逆换热损失，荒煤气系统的损主要为出口损以及不可逆换热损失，烟道系统的损主要为烟气出口损。在此基础上依据各等级能量匹配利用的原则对原方案进行优化，并使用分析理论对其计算并分析。结果表明：优化过后的余热回收系统的总效率为58.72%，相比优化之前提高了11.07%，系统总不可逆换热损降低了155.49MJ/t干煤。     

S-CO2与组分调控双压蒸发ORC系统联合研究

超临界二氧化碳(S-CO₂)是一种先进发电动力循环，为进一步回收利用其膨胀机释放的余热，文中将组分调控双压蒸发非共沸有机朗肯循环(ORC)作为底循环，与S-CO₂发电循环共同构建新型联合系统，利用模拟仿真的方法，探讨新型联合系统性能优势。结果表明：ORC双压蒸发技术可以深度利用膨胀机释放的余热，使得传统双压蒸发联合系统的净输出功比回热S-CO₂循环高9.61%—10.23%,而组分调控双压蒸发联合系统的净输出功比回热S-CO₂循环高9.95%—10.35%,组分调控双压蒸发联合系统的净输出功略高于传统双压蒸发联合系统，研究结果表明新型联合系统在能源利用方面比简单的回热S-CO₂发电循环更具有优势。     

容积比及排压对CO2单机双级热泵性能的影响

为了研究排气压力和高低压容积比对跨临界CO₂单机双级热泵热水器制热性能的影响,在不同工况条件下构建考虑压缩机输气系数的中间压力理论计算式并结合实验,以制取50℃热水为前提,分析蒸发温度在-20—0℃、排气压力在7.9—9.2 MPa、高低压容积比在1.0—2.8的范围内,二者对其性能的影响规律。结果表明：随着高低压容积比的增大,中间压力和制热量会不断增大,而制热性能系数缓慢减小;随着排气压力的升高,中间压力随之增大,制热量先迅速增长后趋于缓慢,制热性能系数先增大后降低,存在最优值3.41,且对应的最优排气压力会随着蒸发温度的升高而增大。此结果为合理地选择CO₂单机双级热泵系统高低压容积比及控制排压从而提升其性能提供了指导依据。