基于混合工质的LNG冷能分段利用研究

LNG冷能释放可分为液相区、气液两相潜热区和气相区,基于以上特点建立了与之相匹配分段的三级朗肯循环发电工艺,循环介质分别采用甲烷-乙烷-丙烷的混合物、乙烯和乙烷-丙烷-正戊烷的混合物。文章对此系统进行了模拟核算与热力学分析。结果表明,当气相区循环采用低温烟气余热时,LNG的冷能的效率可达到41.15%,比单级朗肯循环效率(21%)提高了20.15%。若三级循环均采用烟气余热作为热源时,LNG效率可达到54.33%,远远高于常规发电方式。当换热器1的出口温度为-98℃,换热器3的进口温度为-60℃时,该工艺的效率存在最大值58.45%。     

利用LNG冷能与工业余热的有机朗肯循环研究

本文提出用有机朗肯循环同时回收LNG冷能和工业余热,选择乙烷作为工质,对循环进行了详细的热力分析.分析结果表明,随着蒸发压力的升高,循环热效率及做功量都增大;当蒸发器出口温度低于240℃,蒸发压力取值较高时,冷凝器会出现不允许出现的负夹点温差,冷凝器换热不足,换热后不能使LNG达到汽化的最终温度;利用温度低于260℃的工业余热与LNG冷能时,为解决原循环高压力下冷凝器的换热不足问题,需在原循环的基础上增加一个换热器。     

化学热力学方法对工质热稳定性的预测与实验验证

利用150~350℃热源范围的中高温有机朗肯循环在可再生能源和工业余热利用领域具有广泛的应用前景。但是在中高温热源温度下,有机工质可能会发生热分解,因此热稳定性成为中高温有机朗肯循环工质筛选的首要限制条件。本文提出一种化学热力学方法来对有机工质的热稳定性进行预测。首先通过理论分析给出可能的反应途径;再选择吉布斯函数作为指标,计算各反应中ΔG=0时的温度,以最小值Tg作为表征热稳定性的参数。通过与已有的实验结果比较,发现不同有机工质Tg值的相对大小关系与热分解温度的相对大小关系基本一致。使用化学热力学方法对R152a的热分解温度范围进行预测并设计实验进行验证,实验结果与预测结果相符合。     

基于热力学第二定律的有机朗肯循环效能分析北大核心

利用烟气余热驱动有机朗肯循环,可以实现对其余热的综合梯级高效利用。以100℃~150℃烟气余热高效梯级利用为研究目标,综合考虑工质的热物性、安全性和环保性的影响,选取R113,R123,R11,R141b,R600,R245fa六种制冷剂作为有机朗肯循环的工质。基于热力学第二定律分析了六种工质参与的简单有机朗肯循环的效能,研究了热源温度对系统循环性能参数的影响。研究表明,有机朗肯循环的不可逆损失主要集中在蒸发器和膨胀机部分,冷凝器和水泵的损失较小,基本可以忽略;蒸发器部分损失最大,基本达到了总不可逆损失的一半。     

燃气-蒸汽联合循环余热回收系统性能研究

燃气发电是我国城市供电的主要形式之一,针对LNG接收站一体的电厂发电模式进行研究,提出一种新型燃气-蒸汽联合循环热电联供系统,利用超临界CO₂布雷顿循环结合有机朗肯循环(ORC)辅助发电,将LNG作为冷源,对烟气余热进行三级利用。通过构建热力学和经济模型,以Aspen Plus软件模拟值为基础,结果表明:在消耗燃料1.704 kg/s(LNG)的条件下,联合循环净发电功率可达45 MW,供热量41.5 MW,余热利用率,热效率和?效率分别为88.50%,52.79%和46.69%。结合热-经济学与参数分析,利用Matlab优化后的最小单位发电成本为0.1529 CNY/kWh。考虑到碳排放价格,供电、供热、供气收益,燃料价格和设备成本,电厂每年的理想收益可达2989.5万元。     

LNG冷能用于CO_2跨临界朗肯循环和CO_2液化回收

提出了一种利用LNG冷能的新方案。一方面,采用CO2作为工质,利用燃气轮机的排放废气作为高温热源和LNG作为低温冷源来实现CO2的跨临界朗肯循环。由于高低温热源温差较大,循环能够顺利进行;另一方面,从燃气轮机排放的CO2废气在朗肯循环中放出热量后经LNG进一步冷却成液态产品。这样,不但利用了LNG冷能,而且天然气燃烧生成的大部分CO2也得以回收。计算分析了相关参数对跨临界循环特性的影响,包括循环最高温度和压力对系统的比功和火用效率的影响,并分析了回收的液态CO2的质量流量的变化情况。结果表明,这种新的LNG冷能利用方案是一种环境友好的高效方案。     

LNG化学能与冷(火用)综合梯级利用的多重联合循环

本文提出了综合梯级利用LNG化学能和冷(火用)的多重联合循环。住对多重联合循环系统集成的设计构思基础上,通过不同物性工质和不同循环方式的系统集成,实现了LNG化学能和冷(火用)的高效梯级利用。新循环的(火用)效率与参比循环相比提高了2.3个百分点。本文成果为更高效综合利用LNG提供新的构思和方案。     

耦合热泵换热器的原理及变工况性能研究

工业能耗占我国总能耗超过70%,而其能源利用效率不足50%,因此工业余热高效回收利用是节能减排的重要途径之一。热泵技术是提升能量品位的有效方法,但吸收式热泵需要配置三个不同温度品位的热源或热汇,而电动热泵受热力学循环、工质物性、压缩机耐温耐压限制以及避免润滑失效一般只能工作于有限温度范围(<100℃)之内,因此该研究将吸收式循环与压缩式循环进行深度耦合,用于直接回收工业余热制取高温热水,同时确保压缩机的安全稳定运行.该文首先分析耦合热泵换热器的运行原理,其次建立了耦合热泵换热器的数学模型,最后对模型进行求解分析了关键参数对耦合热泵换热器性能影响变化规律。在设计工况下,当制取133℃热水时,耦合热泵换热器COP达到3.6,压缩机排气压力为1.2 MPa,排气温度为79℃,远低于压缩机耐温耐压上限和润滑油失效温度,因此耦合热泵换热器在利用余热制取高温热水或蒸汽领域具有一定的应用潜力。     

低温工业余热利用ORC工质选择

本文针对以85~200℃的低温工业余热作为热源的有机朗肯循环系统,基于热力学第一定律分析方法,以R245fa、R600a、R601等19种潜在工质作为研究对象,计算各有机工质在不同工业余热温度、蒸发温度及蒸发器出口过热度条件下的系统热效率,为低温工业余热资源不同温度范围匹配效率最优的有机工质。结果表明:各温度段低温余热资源对应效率最优的有机工质分别为R290、R600、CF_3I和R601,而目前应用较多的R134a和R245 fa在对应温度段的热效率也仅次于上述工质。     

耦合化学链燃烧和有机朗肯循环的多联产系统

本文将甲醇化学链燃烧间冷循环和内置CO_2超临界热泵的有机朗肯循环集成,提出了一种新的分布式冷热电多联产系统。以外置热泵循环为参比系统,利用ASPEN Plus对新系统和参比系统进行热力学模拟计算,并通过图像(?)分析方法(EUD分析法)对两系统的关键对比部位进行了(?)损失图像比较。结果表明,新循环的(?)效率和能量利用率分别比参比循环高约4%和20%,同时可以实现动力系统和CO_2分离技术一体化。     

利用LNG冷(火用)的准零CO2排放循环探析

本文研究利用LNG冷(火用)来完善燃用它的热机性能,既提高了效率,又能回收用LNG燃料热机的唯一主要排放-CO2.这种系统的温度区间横跨大气温度,会有很多新的特点值得探索.作为前期研究,本文建议了两种新循环,分别基于Brayton循环与超临界Rankine循环,且分别适用于LNG超临界及亚临界汽化过程.文中对此两种循环进行了分析计算与讨论,说明建议是可行的,热机效率可达60%以上,且同时基本回收所有燃烧产生的CO2.     

基于LNG冷能的发电技术

液化天然气将成为人类在21世纪的主要能源之一。该文阐明了蕴涵在液化天然气中的巨大冷能利用价值,并指出两种利用方式:改善现有动力循环和相对独立的低温动力循环。前者主要体现在与燃气轮机及锅炉余热结合上,分析结果表明系统的热效率和火用效率普遍较高;后者则主要包括低温条件下的Rank ine循环、B rayton循环以及改进和复合的循环。总结了各种利用途径的特点和效果,同样说明了相当可观的液化天然气冷能利用价值。根据研究现状,最后指出了有待进一步研究和解决的诸多问题。     

利用LNG冷能的混合工质中低温热力循环开拓研究

为提高中低温余热回收动力系统性能,本文在常规混合工质热力循环（火用）分析基础上,提出了结合LNG冷能利用的新型混合工质热力循环。通过与LNG的有机结合,混合工质热力循环热效率提高14.5个百分点,（火用）效率达到53.6％。为进一步揭示效率提高的原因,我们比较了常规混合工质热力循环与LNG-混合工质热力循环的（火用）损失变化情况。结果表明:LNG-混合工质热力循环高效的关键在于循环平均放热温度的降低以及工质蒸发过程与冷凝过程换热的合理匹配。而LNG冷能的梯级利用则是系统具有较高（火用）效率的根本原因。     

一种利用LNG冷能的空气分离装置新流程

本文介绍了一种利用LNG冷能的空分装置新流程,其特征在于采用了由LNG冷能冷却的氮气内循环和氮气外循环低温压缩节流制冷系统、LNG的余冷冷却的氟里昂为载冷剂的压缩空气冷却系统和两段式LNG与循环氮气的热交换器。对不同工况的计算结果显示,生产每公斤液氧的能耗比不用LNG法节电60％-73.5％,理论上的节能效果优于在查阅文献和专利的其它方案。     

Thermodynamic Analysis and Optimization of a Novel Power-Water Cogeneration System for Waste Heat Recovery of Gas Turbine

A power-water cogeneration system based on a supercritical carbon dioxide Brayton cycle (SCBC) and reverse osmosis (RO) unit is proposed and analyzed in this paper to recover the waste heat of a gas turbine. In order to improve the system performance, the power generated by SCBC is used to drive the RO unit and the waste heat of SCBC is used to preheat the feed seawater of the RO unit. In particular, a dual-stage cooler is employed to elevate the preheating temperature as much as possible. The proposed system is simulated and discussed based on the detailed thermodynamic models. According to the results of parametric analysis, the exergy efficiency of SCBC first increases and then decreases as the turbine inlet temperature and split ratio increase. The performance of the RO unit is improved as the preheating temperature rises. Finally, an optimal exergy efficiency of 52.88% can be achieved according to the single-objective optimization results.     

混合工质中低温热力循环特性研究

本文从热力学第二定律角度出发,对氨水混合工质中低温动力循环进行了分析。通过与简单蒸汽循环的比较,揭示了混合工质热力循环的特性及本质,指出工质蒸发换热过程的匹配及冷凝过程是混合工质循环高效的关键。为了改善冷凝过程,可采用分馏冷凝系统取代传统的冷凝方式。同时,本文还探讨了一些基本规律,明确了余热回收过程中中低温段换热匹配的重要性     

Exergetic efficiency optimization for an irreversible heat pump working on reversed Brayton cycle

This paper deals with the performance analysis and optimization for irreversible heat pumps working on reversed Brayton cycle with constant-temperature heat reservoirs by taking exergetic efficiency as the optimization objective combining exergy concept with finite-time thermodynamics (FTT). Exergetic efficiency is defined as the ratio of rate of exergy output to rate of exergy input of the system. The irreversibilities considered in the system include heat resistance losses in the hot- and cold-side heat exchangers and non-isentropic losses in the compression and expansion processes. The analytical formulas of the heating load, coefficient of performance (COP) and exergetic efficiency for the heat pumps are derived. The results are compared with those obtained for the traditional heating load and coefficient of performance objectives. The influences of the pressure ratio of the compressor, the allocation of heat exchanger inventory, the temperature ratio of two reservoirs, the effectiveness of the hot- and cold-side heat exchangers and regenerator, the efficiencies of the compressor and expander, the ratio of hot-side heat reservoir temperature to ambient temperature, the total heat exchanger inventory, and the heat capacity rate of the working fluid on the exergetic efficiency of the heat pumps are analysed by numerical calculations. The results show that the exergetic efficiency optimization is an important and effective criterion for the evaluation of an irreversible heat pump working on reversed Brayton cycle.