基于自回热原理的木材干燥过程的热力学分析

针对木材干燥过程能耗高的特点,设计了一种基于自回热(self-heat recuperation,SHR)原理的木材干燥系统。通过能量分析方法对传统热风干燥过程与SHR干燥过程的耗能情况进行对比分析,同时研究了空气流量、压缩机绝热效率、传热温差对自回热干燥系统性能的影响。结果表明:在相同干燥条件下,SHR干燥系统总耗能比传统干燥过程减少了80.1%,能量回收率为75.4%,而传统干燥过程的能量回收率仅为30.3%。对于SHR干燥系统,在干燥速率不变时,系统总能耗随着空气流量增大而升高,随着压缩机绝热效率增大而降低,最佳绝热效率为0.6~0.8。随着传热温差增大,系统总能耗增加,传热面积减小,最佳传热温差约为10℃。     

蒸发段和冷凝段变化对重力热管性能的影响

以铜-水重力热管为对象,研究了热管蒸发段和冷凝段的长度及位置等应用条件改变对重力热管传热性能的影响,实验输入功率范围为40~160 W。对比不同应用条件下热管的蒸发段温度、当量热阻、蒸发段和冷凝段分别与绝热段之间温差的变化规律得出结论：蒸发段和冷凝段长度及位置的改变能够影响重力热管的传热性能。冷凝段适当下移能使热管热阻减小,冷凝段和绝热段温差降低,蒸发段温度降低,热管传热性能改善,而冷凝段长度减小会对传热性能产生不利影响;加热段适当向冷凝端方向移动有利于热管的传热性能提升,蒸发段长度的减小对热管传热产生不利影响,实际应用中应避免。     

蒸发段和冷凝段变化对重力热管性能的影响

以铜-水重力热管为对象,研究了热管蒸发段和冷凝段的长度及位置等应用条件改变对重力热管传热性能的影响,实验输入功率范围为40~160 W。对比不同应用条件下热管的蒸发段温度、当量热阻、蒸发段和冷凝段分别与绝热段之间温差的变化规律得出结论:蒸发段和冷凝段长度及位置的改变能够影响重力热管的传热性能。冷凝段适当下移能使热管热阻减小,冷凝段和绝热段温差降低,蒸发段温度降低,热管传热性能改善,而冷凝段长度减小会对传热性能产生不利影响;加热段适当向冷凝端方向移动有利于热管的传热性能提升,蒸发段长度的减小对热管传热产生不利影响,实际应用中应避免。     

基于机械蒸汽再压缩的蒸发结晶单元改进设计

为了解决常规蒸发过程能耗高的问题,采用机械蒸汽再压缩(MVR)技术设计了一种维生素的蒸发浓缩、结晶方案。从能量和成本的角度分析了常规过程与MVR过程。相较于常规过程,MVR过程所需的热功率减少了90.1%,折合成标煤减少了72.5%。从成本的角度来看,MVR过程在年运行7200 h的条件下,年度化投资偿还成本减少了54.8%。定义了单位产出在蒸发结晶单元的投入成本,并研究了在不同运行时间下的变化。单位产出在蒸发结晶单元的投入成本随运行时间的增大而减小。在相同运行时间下,MVR系统的单位产出在蒸发结晶单元的投入成本要小于常规过程。     

蒸发结晶操作中传热温差的选择

蒸发结晶是化工生产中常见的单元操作，在其加热过程中，较高的传热温差对于强化传热效率、提高设备能力极为有利。但是，传热温差过高会引起蒸发结晶操作的不稳定，甚至造成生产装置停车，使所追求的高效率适得其反。因此，必须合理选择传热温差，以保证生产装置在高效、稳定的状况下运行。     

蒸发结晶过程传热温差的选择

蒸发结晶是化工生产中常见的单元操作。蒸发结晶又分为单效蒸发和多效蒸发,大部分是靠加热的方式来进行的。在加热过程中,物料与加热介质（如水蒸气）之间的传热温差是很关键的因素,温差越高,传热效率也越高,并且可以提高设备蒸发能力。但是,传热温差过高会引起蒸发结晶操作的不稳定,不容易控制,物料粘壁,影响热量传递,甚至造成加热器堵塞,导致装置需频繁停车处理,不能连续稳定长周期运行。因此,必须合理选择传热温差,以保证生产装置在高效、稳定的状况下运行。     

内插螺旋线强化糖浆立式降膜蒸发传热

搭建了新型立式单管蒸汽-糖浆降膜蒸发实验平台,进行连续4 h加与不加螺旋线的降膜蒸发运行对比实验,研究管内插入特定结构和工艺参数的螺旋线对变粘性糖浆降膜蒸发传热性能的影响.结果表明,内插螺旋线可明显改善糖浆降膜蒸发传热效果,相同条件下,内插螺旋线时总传热系数比空管提高了25.9%~82.9%,且随时间延长其下降速率明显低于空管;从管内蒸发侧和管外冷凝侧传热角度分析降膜蒸发传热性能,传热温差增大,管内蒸发侧传热性能变好,管外冷凝侧传热性能变差,增大传热温差改变物料物性(粘度减小)可强化传热效果.在非结垢影响的传热时间内,对管内蒸发侧传热系数进行处理,得到了管内综合传热系数与传热温差的实验关联式.     

双压膨胀有机朗肯循环中低温余热发电系统的热力性能

基于热力学第一定律与第二定律分析法,结合动量定理与质量守恒定律构建一种双压膨胀有机朗肯循环（ORC）中低温余热发电系统热力性能的预测模型,研究热源温度、蒸发温度、夹点温差、闪蒸压力、循环倍率、喷射压缩器引射流体在混合室进口的马赫数、工质泵、向心透平及螺杆膨胀机的等熵效率对系统的净输出功率、热效率、余热利用率及(火用)效率等热力性能的影响。结果表明,系统的净输出功率与(火用)效率随着热源温度、蒸发温度、循环倍率及透平等熵效率的增大而升高,但随着夹点温差、闪蒸压力的增大而降低;系统的热效率随着蒸发温度、闪蒸压力及透平等熵效率的增大而升高;系统的余热利用率随着热源温度、循环倍率的增大而升高,但随着蒸发温度、夹点温差、闪蒸压力的增大而降低。当循环倍率k=2时系统的净输出功率、(火用)效率及余热利用率分别比常规单级ORC系统绝对提高了230.9kW、10.1%和17.9%。     

高温热泵工况下非共沸工质在换热器中的换热特性

为了探究非共沸工质与换热流体之间的相变传热温差特性,在单级蒸气压缩式水-水高温热泵系统实验台上,以R290/R600（称为Z1,质量比17%/83%）为工质进行了多工况的实验研究。实验发现,工质Z1在冷凝器中会出现最大传热温差,且最大传热温差的位置会随着冷凝器中水流量的减小而向冷凝器的冷端移动;在蒸发器中会出现最小传热温差,其位置随着蒸发器中水流量的减小而向蒸发器的冷端移动。分析结果表明,在蒸发器侧工况恒定时,冷凝器侧最大传热温差的出现会使系统的循环效率降低,冷凝器中因不可逆传热引起的可用能损失增大;在冷凝器侧工况不变时,蒸发器侧最小传热温差的出现会使系统的循环效率上升,蒸发器中因不可逆传热引起的可用能损失减小。     

环己酮装置环己烷精馏工段的模拟与优化

应用Aspen Plus流程模拟软件,对某环己酮装置环己烷三效精馏工段进行了模拟计算.根据模拟计算结果,分析了该工段能耗偏高的原因,提出了减小换热器传热温差、四效精馏和热泵精馏3种节能方案,并对3种节能方案进行了优化模拟.结果表明:对于该精馏体系,换热器的传热温差对能耗有显著影响.温差减小,能耗降低,能量利用率提高;换...     

Self-heat recuperative fluidized bed drying of brown coal

Brown coal drying based on self-heat recuperation (SHR) technology which recovers effectively both latent and sensible heat was developed to reduce energy consumption which is required during drying. A fluidized bed dryer (SHR–FBD) with heat exchanger immersed inside the bed was adopted as the evaporator. To evaluate the energy efficiency of the proposed SHR–FBD system, a comparison to the available mechanical vapor recompression (MVR) based drying system concerning the effect of the fluidization velocity and bed aspect ratio to the required energy input for brown coal drying was conducted. From the results, the proposed SHR–FBD system was found to be able to drastically reduce the drying energy consumption at all evaluated fluidization velocities and bed aspect ratios. Numerically, the proposed system reduced the energy consumption to about 15% and 75% of that required in hot air and MVR drying systems.     

TBCFB合成气制甲醇工艺过程的概念设计和计算机模拟

以三塔式循环流化床（TBCFB）为基础的低阶煤清洁转化多联产系统有望提升低价煤的能源和资源利用效率。利用流程模拟软件Aspen Plus 对该多联产系统甲醇合成路线进行模拟和模型验证。应用自热再生理论完成了对TBCFB甲醇生产中低温甲醇洗单元和甲醇精馏单元模拟设计,并对基于自热再生的新工艺进行换热网络（HEN）设计。从能量利用效率的角度,对新工艺进行评价。结果表明,自热再生工艺与常规工艺相比：低温甲醇洗单元冷公用工程节约了29.4%,总能耗节约了25.8%;甲醇精馏单元冷公用工程节约了69.5%,总能耗节约了32.3%。     

Simplification and Energy Saving of Drying Process Based on Self-Heat Recuperation Technology

A simplified drying process based on self-heat recuperation (SHR), which can further reduce energy consumption compared to previous SHR drying processes, is proposed. The specific energy consumption (SEC) of the SHR drying process was evaluated at various air flow rates and compared with a mechanical vapor recompression (MVR) drying process with superheated steam. The results show that the SEC of SHR can be reduced from 474 to 147 kJ (kg-H₂O evaporated)^?1 by removing heat exchangers for preheating. The SEC of the simplified SHR process was only 1/16 of a conventional drying process with heat recovery and 3/5 of an MVR process. Exergy transfer of the process was also analyzed and summarized as exergy flow diagrams.     

板式换热器及其热力系统的运行特性和高级分析

针对不同换热设备组合之间以及换热设备在系统中的分布情况进行了研究,建立了高级分析模型,将换热设备与系统的损进一步分割成不可避免性部分和可避免性部分,计算相应的损失和效率,确定换热设备与系统中能量损失的主要部位,并在有机朗肯循环（organic Rankine cycle,ORC）系统试验台中进行验证,为换热设备及其热力系统的运行优化提供科学依据。结果表明,不同的换热面积对换热设备的能效有着非常大的影响,同时常规分析和高级分析提出了不同的系统优化次序。高级分析表明,蒸发器可避免损占蒸发器损的41.2%～60.0%,冷凝器可避免损占冷凝器总损最高可达91%～97%,整个ORC系统有52.5%～66.3%的损可以避免,有很大的改造潜力,且发现不合理设计的管道也会影响ORC系统性能。     

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。     

基于(火积)的SSOT装置换热网络能量利用效率的分析研究

(火积)的概念可以描述物体传递热量的能力,基于(火积)的能量利用效率可作为评价热量合理利用的依据。建立基于(火积)的换热网络的能量利用效率的数学模型,并提出相应的计算步骤,以最大能量回收为目标,通过对某单段单程加氢裂化(SSOT)实际生产装置进行换热网络能量利用效率的分析研究,验证(火积)传递效率的合理性。结果表明:分析SSOT装置的原始换热网络时,得出公用工程HU1、HU3、CU6、CU7的(火积)耗散率较大,分别为36.25%、35.36%、85.50%和68.97%,而基于的概念得到公用工程HU3、CU6、CU7的损率较大,分别为37.83%、17.98%和13.95%,则(火积)传递效率比效率分析换热网络的能量利用情况更加精确。选取最小传热温差ΔT_(min)=15 K后,(火积)传递效率从57.18%增加到76.45%,节约公用工程52.53%,效率从59.62%增加到83.31%,节约公用工程60.61%,进一步说明(火积)传递效率能够用来分析换热网络中的能量利用情况。     

Innovative Steam Drying of Empty Fruit Bunch with High Energy Efficiency

Empty fruit bunch (EFB) is one of the solid wastes from crude palm oil mills and has the lowest value for utilization compared to other solid wastes. To achieve an efficient utilization of EFB, drying is considered the first crucial process due to the high moisture content of EFB. In this study, EFB drying based on exergy recovery is proposed to achieve high energy efficiency. A fluidized bed is adopted as the main dryer. The proposed model is evaluated in terms of energy efficiency, especially regarding the influence of target moisture content and fluidization velocity. Up to 92% of the energy involved in the drying process can be recirculated. The total energy consumption for drying decreases as the target moisture content decreases, though there is no significant impact of fluidization velocity to total energy consumption. In addition, the required total length of the heat transfer tubes immersed inside the fluidized bed dryer is calculated because it relates to fluidization performance and economic issues. Lower target moisture content results in a longer heat transfer tube, and higher fluidization velocity leads to a shorter heat transfer tube.     

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。     

三元制冷系统分析

乙烯装置产品分离过程需要在低温下进行,为此需配置压缩制冷系统为深冷分离提供冷量。三元压缩制冷由于能提供温位连续的制冷曲线,与工艺物流降温曲线更好地匹配,相比传统的复叠制冷具有热力学效率高、制冷能耗低的特点。为了分析三元压缩制冷的节能潜力,本文对某乙烯装置的三元制冷系统进行了(火用)分析。从(火用)总复合曲线(EGCC)图的分析可以得出该系统三元冷剂配置是比较合理的,(火用)损失较小。将该制冷系统划分为换热器、压缩机、节流阀、闪蒸罐等子系统,并分别计算了各子系统的(火用)损失。三元制冷系统的(火用)损失总计为24238.1kW,90%(火用)损失集中在换热器和压缩机两个子系统。然后将(火用)损失分为可避免的和不可避免的(火用)损失两类,其中不可避免的(火用)损失为13539.9kW,可避免的(火用)损失为10698.2kW,最后指出节能重点应该放在降低可避免的(火用)损失。