海洋温差能ORC系统多目标函数优化研究

以系统净功、不可逆能量损失等作为目标参数,建立海洋温差能ORC系统多目标函数优化体系,研究蒸发温度、冷凝温度、工质流量、温海水出口温度等对系统性能的影响。研究结果表明:存在最优参数值使得系统性能最优;冷凝温度越高,最优蒸发温度越高,系统目标值越大,系统性能越差;文章所选取的6种工质中,R227ea能耗最低,R141b能耗最高;温海水的适宜出水温度为19~20℃。     

双工质循环发电系统换热器温度参数选择的研究

通过建立双工质循环发电系统的计算模型和理论分析系统热力过程,对双工质循环发电系统中蒸发器的最佳蒸发温度以及蒸发器和凝汽器的最佳端部温差进行了优化选择。计算结果表明,最佳蒸发温度除与热水初温和冷凝温度有关外,也与端部温差有关,并随之增加而减少。在热水初温130℃及冷凝温度48℃下,得到蒸发器及凝汽器的端部温差优化值均为6℃,对应的最佳蒸发温度为87℃。     

海洋温差发电系统热力学及热经济性分析

以热力学基本原理为基础,建立了海洋温差发电系统仿真模型,对比分析了亚临界状态下R717、R134a和R600三种工质系统在约束蒸发器窄点温差条件下优化目标函数随蒸发温度的变化规律。结果表明:蒸发温度越高,不同系统换热器的热负荷以及冷、热海水泵功率越小,最佳蒸发压力和工质泵功率越大;不同系统的热效率和单位换热面积输出电量与蒸发温度的相关性较大,随蒸发温度的增加近似线性递增。蒸发器的换热面积与循环工质种类的相关性较小,但冷凝器的换热面积与循环工质种类的相关性较大。R717循环更接近于卡诺循环,R717的系统热效率最大,热负荷及泵功率最小,且其热经济性目标函数值在合适的范围内,是海洋温差发电系统较为理想的循环工质。研究结果可为海洋温差发电系统的设计、试验及设备选型提供理论参考。     

日本德之岛海洋温差发电简况

日本海洋四周上下经测定,上层可达20～30℃而海面以下700公尺处、海水温度则为2～7℃,海洋温差发电便是利用上下海水之温差经过机电系统转换电能,原理见附图. 用氨作工质,由泵打至蒸发器,使其接受温海水加热蒸发成氨蒸气,冲入汽轮机使其旋转起来,并与连接一起的发电机运行发电.     

一种海洋能及风能联合发电装置

文章提出了一种利用海洋温差能和风能联合发电的方法及装置。利用海洋表层的热海水加热低沸点工质,使之蒸发．送入汽轮机推动汽轮发电机组做功发电,汽轮机排出的工质乏气用海洋深层的冷海水冷凝为液态,再用热海水加热,送入汽轮机,使之蒸发,推动汽轮机发电机组做功发电,如此循环,持续发电;并且利用洋面风力发电,并用该电力驱动热泵装置．由热泵装置的媒质将工质的温度进一步提高．增大工质体积膨胀率;由热泵装置的媒质将冷海水的温度进一步降低．再用该低温海水去冷凝工质乏气,增强对工质乏汽的冷凝效果。该装置既需要用到小型透平,又需要用到风力发电装置．十分适合公司发展。     

有机朗肯循环热源温度与冷凝温度的影响分析

分析了蒸发器换热过程中热源温度对窄点温差位置的影响,讨论了冷凝温度和热源温度对有机朗肯循环(ORC)系统的影响。随着热源温度的升高,蒸发器窄点温差位置由有机工质蒸发温度处转移到蒸发器有机工质入口温度处。考虑冷却水循环,系统存在最佳冷凝温度,当冷凝温度低于最佳冷凝温度时,净功输出随冷凝温度的降低而急剧下降。给定工况下,最佳冷凝温度随热源温度的增长近似线性升高,热源温度每升高1℃,最佳冷凝温度增长0.035~0.045℃;净功输出随热源温度的升高而增加,上升速度存在转折点,转折发生在热源温度为160~270℃时。     

一种回收蒸发潜热太阳能蒸馏装置的研究

对一种回收蒸发潜热的太阳能蒸馏装置进行了研究.结果表明,太阳辐照度、冷凝器冷却海水流量和蒸发器入口海水温度是影响系统性能的主要因素,当冷凝器冷却海水流量为45 l/h,蒸发器入口海水温度为75℃时,系统具有较大的淡水产量和合适的系统GOR值.     

顺流流程多效蒸馏海水淡化系统的热力学分析

建立了顺流进料流程低温多效蒸馏海水淡化系统的热力过程数学模型;考虑了过程中物性变化和压力损失引起的传热温差变化,计算分析了在相同淡水产量下,蒸发器效数、末效蒸发器蒸发温度、加热蒸汽温度和浓缩比变化时,造水比、冷凝器海水流量、蒸发器总传热面积的变化规律.结果表明:蒸发器效数对系统性能有显著影响;末效蒸发器蒸发温度和加热蒸汽温度对蒸发器总传热面积影响较大;浓缩比在一定范围内,系统热力性能最优.     

一种回收蒸发潜热太阳能蒸馏装置的研究

对一种回收蒸发潜热的太阳能蒸馏装置进行了研究。结果表明，太阳辐照度、冷凝器冷却海水流量和蒸发器入口海水温度是影响系统性能的主要因素，当冷凝器冷却海水流量为４５ｌ／ｈ，蒸发器入口海水温度为７５℃时，系统具有较大的淡水产量和合适的系统ＧＯＲ值。     

采用喷水降温螺杆压缩机的水蒸气热泵性能研究

为拓宽水蒸气热泵在余热回收中的工作温区,降低水蒸气压缩机的排气温度,对采用喷水降温螺杆压缩机的水蒸气热泵系统及其主要部件建立热力学模型,研究了螺杆压缩机喷水温度,及最佳喷水温度下蒸发温度、冷凝温度对系统性能的影响。结果表明:喷水可以有效降低压缩机排气温度,喷水温度在73～87℃之间可保证压缩机运行在报警温度之下;压缩机耗功和冷凝器放热量随喷水温度的升高先增加后降低,在喷水温度为80℃时系统性能系数(EER)最佳;最佳喷水温度下,蒸发温度提高,蒸发器吸热量、压缩机耗功、冷凝器放热量及EER增大,压缩机压比降低;冷凝温度提高,压缩机耗功、压比增大,冷凝器放热量和EER降低。     

海水淡化系统水平管降膜蒸发器传热系数研究

针对海水淡化系统水平管降膜蒸发器,总结和分析管内冷凝侧与管外蒸发侧的换热系数关联式,比较管内径、入口蒸汽流速、蒸汽冷凝温度、出口蒸汽干度对管内蒸汽冷凝侧换热系数的影响;研究传热温差以及喷淋密度对管外蒸发侧换热系数的影响。结合不同的污垢系数,进行了总传热系数的影响因素分析,为海水淡化系统的工程设计提供依据。     

海上油气平台余热朗肯循环发电系统热力学分析

海上油气平台存在大量的燃气轮机余热。通过建立海上平台余热朗肯循环发电系统仿真模型,开展平台余热发电热力学及热经济性分析。选取工质泵功率、发电机输出功率、系统热效率、换热面积和单位面积发电量等参数作为优化目标,研究不同冷凝温度下优化目标函数随蒸发器烟气进出口温差的变化规律。结果表明:随着蒸发器烟气进出口温差的增加,工质泵功率、发电机输出功率和系统APR先增大后减小。冷凝温度越高,工质泵功率越大,发电机输出功率和系统热效率越小。当冷凝温度为65℃时,系统APR最大。受透平出口蒸汽干度的限制,所研究工况下,系统发电机最大输出功率为7 496 kW,系统最大热效率和APR分别为14.16%和5 kW·m~(-2)。研究结果可为撬装化、集成化海上油气平台余热发电系统研制提供理论参考。     

中温地热能驱动的有机朗肯-复叠式制冷系统性能分析

针对中温地热能的利用,建立了有机朗肯-复叠式制冷系统的热力学模型,其中高温部分分别采用R245fa,R600a,R141b做工质,低温部分利用R744做工质。通过热力学模拟计算,分析了该系统性能系数COPs在低温级冷凝温度、高温级冷凝温度、低温级蒸发温度改变时的变化规律,并以系统性能系数COPs及高低温级质量流量比G作为评价指标,优选出最佳工质。分析表明:系统存在一个最佳低温级冷凝温度,使系统性能系数COPs最大;在一定运行工况下,系统的COPs随着蒸发冷凝器传热温差的加大而逐渐减小,随着高温级冷凝温度的升高而降低,随着低温级蒸发温度的升高而增高;高低温级质量流量比G随着低温级蒸发温度的升高而逐渐降低。为提高系统性能和保证系统的安全运行,应尽可能提高低温级蒸发温度、降低高温级冷凝温度和减小蒸发冷凝器传热温差。综合比较,以R141b/R744为工质的有机朗肯-复叠式制冷循环具有很好的发展前景。     

分离式热管在不同高度差下传热性能的实验研究

本文以翅片管换热器作为蒸发端和冷凝端,R600a为循环工质,进行了分离式热管的实验研究。着重就不同的工作温度、不同冷凝端与蒸发端的高度差对分离式热管的传热性能的影响进行了研究。实验表明,在冷凝端进风温度恒定为16．55℃时,蒸发端进风温度低于60℃时,以R600a为工质的分离式热管的传热量曲线近似于二次曲线,蒸发端进风温度高于60℃时,其传热量曲线近似于一条直线。随着蒸发器与冷凝器的高度差的增大,分离式热管的传热能力得到提高。高度差为1m的分离式热管比高度差为0．8m的传热能力平均提高9．57％。     

不同特征尺寸管式降膜太阳能海水蒸馏器热性能分析

为提高小型太阳能海水蒸馏器热能利用效率和产水速率,设计一种管式降膜太阳能海水蒸馏器,基于小高径比环形封闭空间水蒸气传热传质特性,分析特征尺寸和运行温度对装置单位冷凝面积产水速率的影响机理,研究不同特征尺寸管式降膜太阳能海水蒸馏器蒸发冷凝温差、竖直方向冷凝温度梯度等变化规律。结果表明,运行温度为85℃时,特征尺寸为0.015 m的管式降膜太阳能海水蒸馏器单位冷凝面积产水速率为0.696 kg/(h·m~2),比特征尺寸为0.035 m的蒸馏器增加10.48%,冷凝温度T_4为81.94℃,比特征尺寸为0.035 m的蒸馏器高3.83℃,在测试范围内蒸发冷凝温差最小为1.9℃,该研究可为强化管式太阳能海水淡化装置热质传递过程提供技术参考。     

新型太阳能海水淡化装置工作原理及性能优化

提出一种新型高效太阳能海水淡化装置,采用涡旋式真空泵实现海水负压蒸发,采用热泵供热循环充分回收水蒸气的凝结潜热,采用组合式蒸发冷凝器以减小海水热容,采用带有冷热水箱的新型太阳集热器以提高海水的集热温度,分析了该装置的工作原理、主要设备和性能特点;为了提高装置的性能,以单位淡水产量所消耗的功耗最小为目标函数,建立了装置性能参数优化的教学模型,得到了优化的蒸发温度为Te=57℃,并得到了该装置的功耗随蒸发温度的变化规律.     

回收烟气余热亚临界ORC系统投资回收年限估计

建立了回收低温烟气余热的有机朗肯循环系统投资回收年限计算模型,并以最短投资回收年限为目标对内部参数进行了优化,分析了外部参数对投资回收年限的影响。结果表明,随着蒸发温度、冷凝温度、蒸发器和冷凝器节点温差的增加,系统投资回收年限均先减小后增大,即存在一组最佳工作参数使回收年限最短。提高烟气进口温度和流量都可有效缩短投资回收年限。采用R245fa作为循环工质可使系统同时具有较短的回收年限和较大的净输出功。     

非共沸混合工质ORC对低焓地热能的深度利用

以低焓地热能的深度利用为目标,用异戊烷、6种丁烷/己烷和5种异丁烷/己烷不同质量配比的二元非共沸混合物共12种物质作为亚临界ORC工质,利用窄点分析方法分析循环性能。研究表明,地热水进口温度在120~150℃时,混合工质异丁烷/己烷(0.65/0.35)的综合性能最佳,地热水出口温度最低,其输出净功率比纯工质异戊烷提高6.56~6.77倍;在150~170℃时,混合工质异丁烷/己烷(0.6/0.4)的综合性能最佳,地热水出口温度最低,其输出净功率比纯质异戊烷提高5.44~5.97倍;蒸发器和冷凝器是系统可用能损失主要部件,热源温度低时冷凝器中的可用能损失最大,但随着热源温度的升高,蒸发器的可用能损失所占比重将逐渐提高。     

以R508B与R23为低温工质的复叠循环理论模拟

在医用超低温场景下,研究了以R404A为高温级工质,分别以R508B与R23为低温级工质的复叠循环的理论循环性能。通过计算,模拟了高温级冷凝温度、高温级蒸发温度和冷凝蒸发器换热温差对系统COP的影响。得到结论,随着高温级冷凝温度的升高,复叠系统的COP逐渐下降;随着高温级制冷系统蒸发温度的升高,复叠系统的COP呈现出先上升后下降的变化趋势;而随着冷凝蒸发器换热温差的升高,复叠系统的COP出现逐渐下降的趋势。综合来看,应优先考虑R508B作为低温级制冷工质。     

海洋温差发电系统蒸发压力及工质优选分析

文章基于热力学原理,建立了海洋温差发电系统仿真模型,分析了R717,R134a和R600这3种工质系统的性能参数随蒸发压力的变化。研究结果表明:随蒸发压力的增大,不同工质系统的蒸发器和冷凝器的热负荷和海水泵功率均近似呈幂递减的变化趋势,不同工质系统的泵功率均近似呈指数递增的变化趋势,不同工质系统的质量流量均近似呈幂递减的变化趋势,不同工质系统的热效率均近似呈对数递增的变化趋势;蒸发压力越大,R717和R600工质系统的单位换热面积发电量越大,但R134a工质系统的单位换热面积发电量随蒸发压力的增加存在峰值;在不同工质的饱和蒸汽压力下,R600工质系统的单位换热面积发电量最大,但其透平进出口压降较小,乏汽温度高,工质流量大,导致透平尺寸较大;R717工质系统具有较大的蒸发压力操作范围,且其热效率较大,单位换热面积发电量在合适的范围内,适用于海洋温差能发电系统。