燃气-蒸汽联合循环发电系统高级(火用)经济性分析

【目的】基于(火用)经济发展而来的高级(火用)经济分析方法,能够细化拆分系统组件的经济成本,深入探究经济成本形成的内在原因。【方法】在结合高级(火用)分析的基础上,采用高级(火用)经济分析法将燃气-蒸汽联合循环发电系统中各组件的成本拆解为内源性成本、外源性成本、可避免成本和不可避免成本,并对此进行计算。【结果】在设计工况下,联合循环发电系统中燃烧室的可避免(火用)损最大,为28.41 MW,占燃烧室(火用)损的26.55%。基于计算结果,对透平提出了不同的改进措施,降低了系统内源性和外源性(火用)损。系统中(火用)耗散成本占比最大的是内源性可避免部分,底循环改进优先级最高的是高压缸,其次是低压缸。联合循环发电系统中年度化成本外源性占比为80.59%,其中外源性可避免部分占比40.04%。【结论】研究成果可为系统提供多方面能效评价角度和优化成本的改进方向。

基于(火用)分析的煤制甲醇装置蒸汽系统节能优化

蒸汽系统为煤化工装置提供热能和动力。生产过程中,为了蒸汽管网的平衡,经常采用减温减压的方法,将高压力的蒸汽减压平衡到低压力蒸汽管网,造成了可用能的浪费。(火用)是评价蒸汽品质的标准,(火用)分析方法不仅能体现能源的“量”,还能体现能源的“质”。通过对系统减温减压过程的(火用)分析,探究蒸汽减温减压过程中可用能回收的途径,提升蒸汽能源的利用效率。

建筑围护结构建造过程能源消耗火用分析评价

建筑围护结构所需的建材从生产制造阶段、运输阶段到现场施工建造阶段都将消耗大量的能源,针对这3个阶段,提出了围护结构建造过程能耗及火用耗的计算方法,并提出火用能比的概念用来评价建筑能源利用的可持续性.以湖南地区某研发中心为研究对象,对其围护结构建造过程能耗进行定量分析,结果表明:围护结构建造过程能耗主要来自于建材生产阶段,其中混凝土及其砌块单位建筑面积生产能耗最大,约占整个生产阶段能耗的44%,其次为钢材,占比约41%;钢材单位建筑面积生产火用耗最大,达到整个生产阶段火用耗的48%左右,混凝土及其砌块占比38%左右.从火用能比角度分析,钢材最大,为0.92,水泥最小,为0.59.整个围护结构建造过程火用能比为0.79.结果可为研究'烂尾楼'能耗现状提供参考.提出的火用分析评价方法可以应用于其他类似建筑,并为围护结构可持续建造提供参考.

矩形肋片热沉(火积)耗散率最小与最大热阻最小构形优化的比较研究

针对矩形肋片热沉,分别以最大热阻最小化和基于(火积)耗散定义的当量热阻最小化为优化目标,采用二维传热模型并结合有限元数值仿真对其进行构形优化,比较了两种目标下的热沉最优构形,并分析了全局参数(综合了对流换热系数、肋片占据的总面积及其热导率的函数)和材料占比对两种目标(最大热阻、当量热阻)及其对应最优构形的影响.结果表明:热沉外形固定时,两种目标下均不存在最优的肋片厚度;热沉外形自由变化时,两种目标下的最优构形存在一定的差异.此外,全局参数对两种目标下的最优构形均没有影响,而材料占比对两种目标下的最优构形均有较大影响.提高全局参数和材料占比均可以减小最大热阻最小值和当量热阻最小值,但对两种目标的减小程度不同.总体上,调节热沉结构参数使当量热阻最小,可以同时获得很好的局部极限性能;而调节热沉结构参数使最大热阻最小,获得的整体平均散热性能却较差.因此,对本文热沉模型进行优化时,以当量热阻最小化为优化目标更合理.

考虑压力火用时换热器的传火用有效度

在考虑压力火用损失的情况下,给出了换热器传火用有效度的计算式。系统地讨论了传热单元数、冷热流体热容量比以及流型对以理想气体和不可压缩流体为目标介质的换热器传火用有效度的影响,并与不考虑压力火用损失的情况进行了比较,最后把换热器的传火用有效度与传热有效度进行了比较。

地埋管地源热泵系统源侧火用分析

建立了地埋管地源热泵系统的源侧热力学火用分析模型,模型中考虑了持续热扰动和环境温度变化对产出火用的影响,并对不同气候区域和不同埋深地埋管换热系统进行了火用分析.结果表明,长期运行时,环境温度的变化对火用增量有显著影响,合理控制热泵的运行时间可以使系统获得较高的火用增量;埋深的减小使泵耗功明显增加,甚至会高于系统从热源得到的火用增量,而埋深超过100,m时,深度的增加对提高火用增量来说并不经济.提出了地埋管换热器火用效比这一参数,对评价地埋管换热器获取火用增量的效率、经济性,以及确定地埋管地源热泵系统合理的运行时间有理论指导意义.

膨胀阀开度对跨临界CO_2制冷系统火用损失影响的实验研究

为提高跨临界CO2制冷系统的性能,研究电子膨胀阀开度变化对水-水跨临界CO2制冷系统各个组件相对火用损失的影响,搭建了带电子膨胀阀的水-水跨临界CO2制冷系统实验台,测试了跨临界CO2制冷系统在恒定进水温度、不同电子膨胀阀开度下的运行参数。基于实验数据,给出了不同电子膨胀阀开度下系统性能系数、系统火用效率和各个设备组件的相对火用损失,计算了膨胀阀在最佳开度、气体冷却器侧水进口温度为30℃、蒸发器侧水进口温度为15℃时,各个设备的火用效率。基于最佳膨胀阀开度时系统内各设备的相对火用损失和火用效率的计算结果,分析了各设备性能提高的潜力。计算结果显示:膨胀阀开度在最佳值时,压缩机和气体冷却器的相对火用损失分别为总火用损失的49.4%和18.9%,设备火用效率分别为60.7%和37.6%,压缩机和气体冷却器性能有较大的提升空间。

太阳能辅助热泵多功能复合机实验系统火用分析

建立了太阳能辅助热泵多功能复合机(SAHPM)供热模式下循环过程的火用平衡方程,根据实验测试数据确定出热力循环的有关参数,计算出系统主要部件的火用损失,其中集热器和压缩机的火用损失分别达到31.84%和14.89%,占了火用损失总量的45.8%和21.4%。经进一步分析得出系统中集热器与压缩机不匹配是造成上述问题的主要原因,而在系统中合理实现电子膨胀阀和压缩机的智能联合控制可以有效提高能源利用率,减少火用损失。

基于(火积)耗散热阻的新型蜂窝板式换热器性能分析

板式换热器在工业生产中广泛应用。基于换热器(火积)(火积)耗散热阻理论,采用数值模拟和实验相结合的方法对新型蜂窝板式换热器进行研究。结果表明数值模拟和实验结果在合理的误差范围内,验证了数值模拟的可靠性。新型板式换热器内部蜂窝结构附近的速度场出现规律的周期性变化,流体湍流强度增加,提高了换热效率。新型板式换热器换热量与其(火积)耗散和(火积)耗散热阻呈反比例关系,这为新型蜂窝板式换热器的优化提供了理论依据,并为工业生产提供参考。

基于频域时空特征谱的信息火用故障诊断方法

目前振动信号的分析主要是针对特定测点在某一瞬间采集的一段振动波形,提取其中的特征量来进行诊断故障,这种基于状态信息的诊断方法对故障类型的辨别能力有限。基于多个振动波形状态的过程信息,提出和定义了两种基于过程信息融合的信息火用指标,用于反映同一个过程中不同状态间的过程变化规律以及不同过程中对应状态间的过程变化规律。在此基础上,提出了一种基于频域时空特征谱的旋转机械信息火用故障诊断方法,并通过该方法对试验台获取的振动故障信号进行分析。计算结果表明,该方法是一种有效的故障诊断方法。

(火积)理论及其在化工过程节能中的应用进展

(火积)和(火积)耗散极值原理的提出,为化工过程系统节能开辟了新的方向。阐述了(火积)的物理意义、(火积)是过程量等(火积)理论的最新研究成果,从(火积)在换热器设计、热力学过程中的不可逆性、换热网络综合等方面的应用情况综述了(火积)理论在化工过程系统节能中的最新应用进展。重点围绕(火积)耗散率与熵产率的异同点比较分析、(火积)耗散极值原理与换热网络综合结合等方面,阐述了(火积)理论的科学性。

多辐射器航天器热控流体回路布局的(火积)耗散分析

为了优化多辐射器航天器热控流体回路布局,提高流体回路的散热效率,降低流体回路温度,本文基于(火积)理论,分别对多个辐射器串联和并联的流体回路布局的散热进行了分析。结果表明,排散相同热量时,流体回路的流体与管路壁面之间的温差均匀性越好,流体回路散热过程(火积)耗散越小,系统散热过程越优。进一步,对于2个辐射器的情况,分别对辐射器设置了不同的空间辐射加热热流,对辐射器的流体回路布局方式进行了比较。结果表明,辐射器与流体回路串联时,系统散热性能要优于两者并联,系统的流体温度水平最低,结果与(火积)理论分析的预测完全一致。研究结论对多辐射器的航天器热控流体回路设计具有指导意义。

基于(火积)耗散热阻的换热器网络优化

基于(火积)耗散热阻的概念,分析了换热器网络中的传热过程,并结合变频泵的性能分析和管网的阻力分析,建立了换热器网络中结构参数、运行参数和用户需求之间的直接联系,完善了换热器网络优化的数学模型。在此基础上,构建了基于(火积)耗散热阻换热器网络优化的方法。最后以一个典型的有变频水系统的换热器网络为例,阐释了基于(火积)耗散热阻的换热器网络优化方法。研究结果表明,在给定换热器网络中各换热器热导的情况下,通过优化计算可以获得使换热器网络中总泵能耗最小的运行参数。在变工况运行的情况下,随着换热器网络换热量的增大,各变频泵的运行参数出现不同程度的增大,增大的速度与工质的性质和管网的阻力特性等因素有关。

S-CO_(2)布雷顿循环太阳能电力淡水系统(火用)分析

设计一种使用S-CO_(2)布雷顿循环的太阳能电力淡水系统,对系统的工作原理和结构组成进行介绍,并对系统开展运行性能和(火用)分析。结果表明,设计工况下系统的输出电功率为233.8 MW,布雷顿循环效率为37.5%,淡水日产量为3981.6 t。增大太阳辐照度有利于提高系统的电力输出和总的能量效率。定工况下的(火用)分析结果表明,太阳塔集热器中的(火用)损最大,为303.99 MW,对应的(火用)效率为64.45%。海水淡化换热器的(火用)效率最低,且其(火用)损值也较大。随着太阳辐照度的增加,太阳塔集热器、海水淡化系统换热器和回热器内(火用)的损均有不同幅度的增加。因此,对于该S-CO_(2)布雷顿循环太阳能电力淡水系统的后续优化而言,应重点考虑改进这些部件的性能。

半导体多级制冷器设计的火用效率分析

对半导体多级制冷器不同的设计方法作了介绍,提出了最大火用效率分析的设计方案,导出了各种设计方案的设计公式。建立了半导体单级到四级制冷器的数学模型,并进行数值计算。通过对各种设计方法的理论分析,指出了采用最大火用效率设计的独特之处及得出了半导体多级制冷器设计的一些重要结论。

孤立系内热传导过程(火积)耗散的解析解

(火积)耗散与熵增均可以作为传热不可逆性的度量,当前(火积)理论的反对者认为(火积)是不必要的.为说明(火积)的必要性,从有效性的角度进行了论证,即在描述传热过程不可逆性的变化上,(火积)的严格解析解存在,而熵的严格解析解难以得到.本文构建了孤立系内的一维及多维热传导模型,求解了温度及其梯度的级数型解析解,将其代入(火积)耗散的求解式,得到其最初的形式为一多重级数的多重积分,交换积分与级数计算顺序,并利用特征函数的正交性,将(火积)耗散求解式中的积分运算求出,并使级数的维数降低,最终将其表示为一稳态项与一瞬态项加和的形式,其极限与文献中的结果一致.通过对孤立系内(火积)耗散解析解的求解可以得出:由于热传导过程熵与(火积)的解析解求解难度不同,在描述传热过程不可逆性变化上,(火积)更加有效;对于孤立系内不同维数的热传导问题,只要温度场解析解存在,(火积)耗散解析解均可以应用特征函数正交性求解得到.

火用传递的普遍性和一般描述

在阐述火用传递现象的普遍性与同一性,及其物理本质的基础上,探讨火用传递问题的研究思路,即以势场为载体寻求对火用传递过程共性的统一描述。对火用传递的无量纲准则、通用火用传递方程及普遍化火用传递方程等3种已有的火用传递过程的一般描述加以分析比较,并讨论了目前引人关注的场协同强化传递过程的火用传递实质,从而指出多势场协同作用下的火用传递问题的普遍存在及研究该类问题的必要性。

平板对流换热的(火用)传递特性研究

通过对平板紊流对流换热的火用传递特性进行分析,定义了两个无因次量——局部传火用Nu及平均传火用Nu,并给出相关表达式;以空气为介质,详细讨论了平板几何尺寸、Re及其他运行参数对传火用Nu的影响,并将传火用与传热性能作了比较,为工程中确定合理的运行参数及最佳结构参数提供参考。

提高135 MW循环流化床锅炉机组效率的(火用)分析

通过对135MW循环流化床(CFB)锅炉机组效率的火用分析,揭示了其发电过程中各环节的火用效率及火用损失。分析表明,对于135 MWCFB锅炉机组,燃烧与传热火用损失最大。提出了降低燃烧和传热火用损失、凝汽器背压、飞灰含碳量等提高机组系统性能的方法。

双塔天然气氦气回收工艺设计及(火用)分析

油田采用的深冷-膜分离联合法提氦工艺存在氦气回收率低、综合能耗高等缺点。提出了一种创新的天然气氦气回收方法,采用双塔提氦,将低温精馏与提氦工艺相结合,特点在于氦气提浓塔和氦气回收塔均采用具有温度梯度的多股进料方式。通过传统(火用)分析发现,该流程冷箱LNG-100(火用)损最大,占总(火用)损的47.48%。通过高级(火用)分析发现,该流程内源(火用)损远大于外源(火用)损,大多数设备的可避免内源(火用)损占比较高,这表明工艺改进应侧重于设备本身的性能改造,而不是工艺结构。改进冷箱LNG-100结构形式,提高压缩机效率,改进空冷器AC-302内部结构以及改善其他设备的工作状况能够有效降低设备(火用)损。塔设备的不可避免内源性(火用)损较大,改造这些设备受到一定的限制,并且塔内会发生精馏反应,使得提高有效能利用变得困难。