制热工况下跨临界CO_(2)热泵最优排气压力的影响因素研究

最优排气压力是影响跨临界CO_(2)热泵性能最重要的因素。为研究最优排气压力存在原因及其影响参数,并揭示各参数对最优排气压力的影响机理,基于传热夹点理论对最优排气压力进行了理论分析。利用AMESim软件搭建了考虑气体冷却器内部传热夹点的跨临界CO_(2)热泵模型进行仿真计算,在进水温度为10~40℃、出水温度为60~90℃、环境温度为-30~25℃的宽工况内定量研究了进水温度、出水温度、环境温度及回热率对热泵系统最优排气压力的影响。研究结果表明:进水温度越低、出水温度越低、环境温度越低,均会导致传热夹点向气体冷却器出口移动,从而使系统的最优排气压力减小;同时,采用回热方式也能够将传热夹点进一步向气体冷却器出口推移,从而减小最优排气压力。研究结果证实传热夹点的位置对于系统最优排气压力的取值具有重要影响,因此基于传热夹点的分析与设计方法具有更强的适用性,可为热泵供暖、车辆热管理等用途中CO_(2)热泵系统的设计和性能优化提供理论与工程基础。

R744/R600及R744/R600a混合工质热泵循环性能研究

基于换热器中的传热窄点温差的限制,对R744/R600及R744/R600a在所研究的工况范围内分别替代传统制冷剂R22的亚临界热泵循环特性分别进行了计算分析。结果表明:R744/R600和R744/R600a具有不同的最优配比,可以使得制热性能系数(COPh)最大;R744/R600及R744/R600a在最优配比下的COPh分别比R22系统增大11.98%和8.24%,分别比纯质R600和R600a大36.43%和36.24%,比跨临界循环R744系统增加7.07%和4.71%。在最优配比下,R744/R600和R744/R600a的冷凝压力低于R22,分别为0.84MPa和1.18MPa;压缩机排气温度也低于R22,在90℃以下。

二氧化碳/丙烷用于热泵系统循环性能分析

在热泵热水器名义工况条件下,对二氧化碳（R744）/丙烷（R290）自然混合工质与四种常见的热泵工质 R22、R134a、R410A和 R407C的亚临界循环性能进行了分析对比。结果表明：R744/R290的最优质量配比为21/79,系统的制热循环性能系数（COPh）比 R22系统提高了10.46%、比 R134a系统提高了22.67%、比R410A系统提高了11.93%、比 R407C系统提高了9.52%；在10%～35%、0%～35%、10%～35%和10%～35%的 R744质量配比内,R744/R290可分别实现对四种常见热泵工质的替代；在最优质量配比下,R744/R290系统的冷凝压力低于 R410A系统,压比仅为3.271,排气温度为80.9℃。

空调工况下非共沸制冷剂在蒸发器内的传热窄点研究

为了揭示15种常用非共沸制冷剂在空调工况下蒸发器中的传热窄点特征,探明它们和换热流体间温差的沿程变化规律,以及如何防止传热窄点的产生进行了理论分析,建立了制冷剂的蒸发换热模型,明确了蒸发过程中传热窄点产生的条件,并根据标准的空调工况确定了15种制冷剂的蒸发物性参数;然后,利用制冷剂状态方程得到蒸发过程中温度与焓值的对应关系,并分段计算了焓随温度的变化率进而得到15种制冷剂蒸发过程中发生传热窄点现象的机率;以R409A和R407D为例,计算了制冷剂和换热流体在蒸发过程中的温度分布;最后针对2种可能发生传热窄点现象的制冷剂给出了换热流体温差控制范围。

空调工况下非共沸制冷剂在冷凝器内的传热窄点

为了揭示15种常用非共沸制冷剂在空调工况下冷凝器中的传热窄点特征,探明它们和换热流体间温差的沿程变化规律,以及如何防止传热窄点的产生,进行了相应的理论分析。首先,建立了制冷剂的冷凝换热模型,明确了冷凝过程中传热窄点产生的条件,并根据标准的空调工况确定了15种制冷剂的冷凝物性参数。然后,利用制冷剂状态方程得到冷凝过程中温度与焓值的对应关系,并分段计算了焓随温度的变化率,进而得到15种制冷剂冷凝过程中发生传热窄点现象的概率。最后,针对10种可能发生传热窄点现象的制冷剂给出了换热流体温差控制范围,为合理选择制冷剂和设计运行工况提供了一定的理论依据。

基于传热窄点的非共沸混合工质优选方法

为了解决多种非共沸工质的优选问题,提出了一种基于传热窄点的分析方法．应用CSD状态方程得到不 同非共沸工质相变时焓差随相变温度的变化规律,并在适当假设的基础上,再得到换热流体的温度分布,从而得到 不同非共沸工质的相变传热窄点位置和大小,结合统计学方法,尝试给出了一种非共沸混合工质的优选方法．针对 两种非共沸工质(R401A和R409A)应用了两种不同的比较方法,比较结果均为R401A优于R409A,但新方法更加 简便．

结合闪蒸循环的有机朗肯循环以提升循环性能研究

以提高热源利用率,提升有机朗肯循环(ORC)的做功能力为目标,该文构建一种ORC的新构型——结合闪蒸循环的有机朗肯循环(ORFC)和结合喷射-闪蒸循环的有机朗肯循环(EORFC)。新构型循环相当于在ORC基础上,增加闪蒸循环,构成ORC+闪蒸循环的叠加循环。新构型中,通过增加(或调节)工质流量,以调节加热过程中的传热窄点(位置),从而提高从热源的吸热量并提高循环的输出功。结果表明:新构型循环的优化工况得到延伸,循环性能得到提高;ORFC和EORFC优化工况下的净输出功比ORC分别提高16.13%和33.18%,二者的加热量和效率均高于ORC。

有机朗肯循环烟气余热系统工质选择

为研究非共沸混合工质的蒸发换热特性,得到换热过程最接近理想换热的工质,本文选取R245fa+cyclohexane作为混合工质组元,建立蒸发换热段数学模型,并对不同配比下混合工质的最佳烟气进口温度及火用损比进行分析,从而得到不同工质的最佳烟温和最理想的工质配比。结果表明:不同配比的混合工质存在不同的最佳烟气进口温度;R245fa+cyclohexane在配比为0.56+0.44时火用损比最小,换热过程最接近理想换热。

R744/R1270用于热泵热水器的分析探讨

研究了将两种环保工质R744和R1270混合用于热泵热水器系统时的循环性能,并在热泵热水器名义工况条件下,将其与常见热泵工质R22的循环性能进行分析比较。结果表明:混合工质R744/R1270系统的最优质量配比为16/84,对应的最优制热COPh值为4.770,比R22系统提高了9.63%;同时,在最优质量配比区间,COPh值变化较小;压缩机绝热压缩效率对COPh值影响显著,但对最优质量配比的影响较小。

R744/R290/R600a混合工质热泵循环性能分析

对热泵系统,提出将R744/R290/R600a三种天然工质组成的混合物替代现有制冷剂。在热泵热水器名义工况下,计算分析不同配比下混合工质热泵系统循环性能,并分别与R22,R290,R600a和R744/R290(21%/79%)热泵系统性能进行对比。结果表明:R744/R290/R600a在最优配比下,系统制热性能系数为4.514,比R22,R290,R600a和R744/R290(21%/79%)系统分别增加20.50%,35.15%,41.50%和9.67%;系统冷凝压力比R22,R290和R744/R290(21%/79%)系统分别降低45.34%,41.20%和55.47%;新的混合工质不仅具有良好的热力学性能,而且可以有效降低系统运行压力,可以作为热泵工质的替代物。

R32/R1233zd(E)热泵系统的热力学分析

R1233zd(E)是一种环保、无毒、不可燃的新型制冷剂,本文将R32与R1233zd(E)混合用于替代热泵热水器传统制冷剂R22。在热泵热水器名义工况下,基于换热器中传热窄点温差的限制,对R32/R1233zd(E)二元混合制冷剂在不同质量配比下热泵循环系统的热力学特性进行计算分析。结果表明,相同工作条件下,混合工质在计算配比范围内COPh均大于R22系统,并存在两个峰值,分别对应于质量配比分别为90/10和46/54,R32/R1233zd(E)的最优质量配比为90/10。在最优配比下,系统制热系数COPh值为4.793分别比纯质制冷剂R22、R32系统的COPh增加10.2%、6.6%。新型混合制冷剂R32/R1233zd(E)很有潜力成为新的热泵替代制冷剂。

调节传热窄点以提升有机朗肯循环性能的分析

依据热源温度与工质临界温度之间的关系,有机朗肯循环(ORC)的循环性能呈现有极值的优化工况或单调递增两种现象,并且后者优于前者。引起这种差异的主要原因是加热过程中传热窄点位置的不同,导致循环的加热量不同。由此,本文提出调节ORC中加热过程的传热窄点位置,以提高循环的加热量和净输出功。并构建一种喷射式有机朗肯循环(EORC),研究证明如何实现加热过程的传热窄点位置调节以提高循环性能。此调节还增强了传热的匹配性,或降低了传热的不可逆性。结果表明:热源水温度100~160℃范围内,采用R245fa,EORC的最大净输出功比ORC提高了34.99%~22.57%。EORC中,热源水温度120℃下,混合工质R134a/R245fa(0.7∶0.3)的最大净输出功比纯工质R245fa和R134a分别提高了7.12%和9.45%。

二氧化碳逆循环中气体冷却器的传热窄点分布

为了揭示二氧化碳逆循环气体冷却器中的传热窄点分布特征,探明二氧化碳和换热流体间温差的沿程变化规律,以及如何防止传热窄点的产生进行相应的理论分析。建立二氧化碳的冷却换热模型,明确冷却过程中传热窄点产生的条件,并利用状态方程得到不同压力下二氧化碳温度与焓值的对应关系,分段计算焓随温度的变化率进而得到多种压力下发生传热窄点现象的机率。根据换热器的最小传热温差,确定不同压力下进出气体冷却器的换热流体的物性参数和窄点分布规律。在气体冷却过程中,传热窄点的位置随压力的增加而逐步向换热后程移动;换热流体在气体冷却器出口的温度随二氧化碳压力的升高呈现先降低再升高的趋势。此外,还给出6种压力下避免发生传热窄点现象的换热流体温差控制范围,为合理选择二氧化碳逆循环工况提供理论依据。

组分迁移对非共沸工质循环传热窄点影响研究

为了研究组分迁移对非共沸混合工质循环及传热窄点影响规律,该研究通过建立高温电动热泵的理论模型,以某化工领域余热回收工况为计算条件,根据循环工质筛选的要求,筛选出4种性能较为优良的纯工质,根据工质的循环性能特性将它们两两组合成混合工质,并对这5种混合工质进行理论分析,从中筛选出两组循环性能较优的工质组合,分别是R134a+R245fa(0.4/0.6)和R152a+R245fa(0.4/0.6)。此外,该研究对筛选出的两组工质进行传热窄点与组分迁移的相关计算,得出考虑组分迁移情况下换热器内的温焓非线性分布的规律,并与未考虑组分迁移的情况作对比,为蒸发器与冷凝器的设计与运行提供理论依据。结果表明,在焓值为321.35 kJ/kg和334.76 kJ/kg处出现传热窄点,且组分迁移会影响传热窄点及最大传热温差的大小和位置。

天然气半贫液脱碳工艺换热网络优化

针对某装置天然气半贫液脱碳工艺中能量浪费的现状,利用模拟软件,对换热器及换热网络进行了分析,发现该工艺中的换热器传热有效度和火用效率均处于较低水平,且换热网络存在跨越夹点传热、公用工程设置不合理等问题。基于夹点分析的换热网络设计准则,对天然气半贫液脱碳单元换热网络进行了优化设计,优化后换热网络可节约热公用工程12855.42 kW,节约冷公用工程8409.81 kW,利用热量31653.90 kW,大幅提高了能量利用率,节能潜力显著。

加氢裂化装置的能量回收及利用

运用夹点技术对加氢裂化装置的换热网络进行优化,利用Aspen Energy Analyzer V 8.4软件模拟换热网络曲线对换热网络的特点进行分析,提出相应的优化方案,并利用Aspen Hysys模拟软件对优化方案进行模拟。结果表明:该换热网络的夹点温度为147.2℃,装置换热网络最小热公用工程用量为7.72 MW,最小冷公用工程用量为8.39 MW,节能潜力仍有6.67 MW;通过采用新增1台换热器E 1(利旧),利用152℃的柴油给45.5℃的冷低分油换热的优化方案,可分别节约热、冷公用工程2.11,0.36 MW,热、冷公用工程节能效率分别为27.34%,4.29%。

甲醇与苯烷基化生产装置换热网络设计优化

对1000 t/a甲醇与苯烷基化中试装置进行了夹点分析和换热网络设计优化,以此对工业生产装置的节能方案进行检验。优化后的工艺流程利用产品气混合芳烃的热量加热原料气,不再使用低压蒸汽,减少了热公用工程的消耗,减少了一台甲醇加热器,工艺流程更加简单,降低了投资费用。

R32/R290混合制冷剂用于热泵热水器系统循环性能分析

在热泵热水器名义工况下,基于换热器中传热窄点温差的限制,对R32/R290二元混合制冷剂在不同质量配比下热泵循环系统特性进行了热力学计算分析。结果表明,相同工作条件下,混合制冷剂R32/R290的最优质量配比为16/84,系统制热性能系数COPh为4.644,较R22系统提高了6.7%,分别比纯质的R32和R290系统高出3.2%和16.8%;在最优质量配比下,系统冷凝压力为2.308MPa,系统压比为2.793,压缩机排气温度为71.88℃。

充注量对非共沸工质热泵热水器特性的影响

基于搭建的直热式热泵热水器系统实验研究和分析了充注量对M (R744/R290 (12/88))热泵系统的循环性能和冷凝器中换热流体的温度分布的影响。实验结果表明:在两种实验工况下,M热泵系统存在相同的最优充注量使COP分别达到最大值;不同充注量下冷凝器中均会出现两个传热窄点,且充注量的变化会导致第一传热窄点的出现位置发生迁移;充注量是影响M热泵系统的循环性能和冷凝器中换热流体的温度分布的显著因素。