船用烟气余热S-CO_(2)布雷顿循环发电系统性能分析

开展船舶主机不同负荷工况下的S-CO_(2)布雷顿循环余热系统热力学特性和效能分析是其实现工程应用的必要环节。本文通过性能分析确定系统热力学参数对净输出功率和平准化能源成本的影响变化趋势,最佳运行参数范围以及系统关键热力学参数。通过主机典型负荷工况下的效能评估,分析集成S-CO_(2)再压缩布雷顿循环余热发电系统后的船舶节能减排效益。结果表明:主压缩机入口压力和压比对整个余热发电系统热力学性能和经济性影响最为显著,可调节这2个关键热力学参数以确保系统在船舶主机不同负荷下获得良好系统性能;集成该余热发电系统后,MAN8S90ME-C10.2型主机系统热效率最高可提高0.91%,燃油消耗量平均每年可减少51 t,NO_(2)和CO_(2)的排放量每年可分别减少2.28 t和760 t。

基于NSGA-Ⅱ的船舶余热回收系统优化研究

为了综合优化船舶余热回收(WHR)系统性能,建立了超临界二氧化碳动力循环数学模型和经济模型;分析不同设计参数对系统性能的影响,并通过非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对设计参数进行优化,寻找系统最佳设计参数。结果表明,通过NSGA-Ⅱ优化,系统净输出功从308.2kW增加至320.84kW,增加了4.1%;系统平准化能源成本从2.8$/GJ降低至2.58$/GJ,降低了7.9%,系统的热力学性能与经济学性能有了显著提高。

基于燃机余热和地热能的联合发电系统优化设计及热力性能分析

设计了一种超临界二氧化碳(S-CO_(2))再压缩系统与地热双闪蒸系统相结合的新型燃机余热利用联合发电系统。基于所建联合系统参数优化模型,应用遗传算法计算分析了联合系统内部参数和边界参数对最大输出功和燃机余热利用率的影响。结果表明:通过系统参数优化,联合系统实现了余热在2个子系统中的合理分配,加深了燃机余热的进一步利用;当一级闪蒸压力取99.89 kPa、二级闪蒸压力取29.4 kPa、S-CO_(2)质量流量取22.68 kg/s、分流比取0.3085时,联合系统最大净输出功达到6.402 MW,对应余热效率为67.9%;当一级闪蒸压力在90~115 kPa、二级闪蒸压力在25~35 kPa时,联合系统均可实现较高的净输出功,与最佳值的相对偏差在0.8%以内;随着S-CO_(2)流量或分流比逐渐增大,联合系统的净输出功均呈现先增大后减小的规律;联合系统的最大净输出功随S-CO_(2)透平进口压力的增大而增加,随S-CO_(2)透平出口压力和预冷器出口温度的增大而减小。

船舶烟气余热S-CO_(2)布雷顿循环发电技术发展分析与评述

船舶主机烟气余热利用是实现化石燃料高效利用和减少全船废气排放的重要途径。超临界二氧化碳布雷顿循环发电技术以其具有的环境友好、热效率高、结构紧凑、低噪声和经济性等特点,在核能和太阳能发电领域已有广泛的应用研究,而其在烟气余热利用方面的潜能尚未有深入探索。论文在简要介绍超临界二氧化碳布雷顿循环基本原理及技术性能特点的基础上,梳理了其技术发展时间轴并对比了国内外相关研究工作的发展进程,详细探讨了面向实船集成应用所需解决的6个核心技术问题,并结合具体科研项目实践归纳了与之相应的研究要点,可为开展相关研究工作的科研人员提供理论参考。

船舶余热利用sCO_2布雷顿循环发电技术综述

在船舶动力系统能量转换和利用过程中,实现烟气余热的最大效率回收是降低船舶能效设计指数(EEDI)的有效途径。超临界二氧化碳(sCO_2)发电系统在船舶余热循环利用方面所具有的技术优势已引起全球船舶行业的高度关注,而如何将其与船舶动力系统有机集成并实现高效、稳定联合循环运行发电,正是当前制约该新型技术实船应用的瓶颈。概述了sCO_2布雷顿循环发电的基本原理、典型技术特点及循环结构,分析了国内外研究机构针对sCO_2发电系统在船舶余热循环利用方面的研究现状,探讨了现阶段面向船舶主机余热发电工程化应用所存在的关键技术问题,从而为推进sCO_2布雷顿循环发电技术在船舶烟气余热回收利用领域的基础理论研究和工程方案设计提供理论参考。

克劳斯硫磺回收余热锅炉水温控制系统优化

在化工生产过程中,为了减少危险的高温设备操作和安全事故的发生,针对余热锅炉水温控制系统的时变性、滞后性等特点,进行了控制系统优化研究。在MATLAB/Simulink平台建模仿真,比较了常规PID控制、模糊自适应PID控制、串级控制效果,发现各控制方案都存在各自的优缺点。为了利用各控制方案的优点同时减弱其缺陷,提出了复合控制方案对系统进行控制,通过调节各控制器权重系数的方法将选中的控制器复合为一个控制器。PID控制、串级控制、模糊控制、复合控制和S-函数复合控制系统的响应曲线在230 s、300 s、180 s、130 s和106 s达到稳定。S-函数复合控制响应快、无超调、控制精度较高,达到了使控制系统安全稳定的目的,有效提高了克劳斯硫磺回收燃烧炉余热回收效率。

基于船舶总能系统及余热利用的主机选型研究

以主推进发动机(又称“主机”)的定义及类型作为切入点,本文介绍了汽轮机、柴油机及燃气轮机等几类常规热力发动机,以及相关联合动力装置的技术特点。考虑到对民用船舶的经济性要求,开发充分利用余热的总能系统势在必行,从几类主机的技术特点出发,重点对其在总能系统中的应用可行性进行了分析。就目前而言,燃气轮机虽然单机热效率较低,但由于具有较高的排气温度及较大的流量,在船舶总能系统领域有着较好应用前景。燃气轮机与汽轮机联合组成的燃气-蒸汽联合动力装置(COGAS型联合动力装置)能显著提升系统热效率,达到与低速柴油机相近的水平。

DCS在铜冶炼余热锅炉自动给水系统中的应用

主要介绍了DCS在铜冶炼余热锅炉自动给水系统中的应用。针对生产工艺对给水控制的特殊影响以及系统的特殊性,设计了相应的控制方案,并对系统的结构特点和功能进行了阐述。最后介绍了余热锅炉自动给水控制系统与总厂MES的整合。

余热锅炉入口过渡烟道双S形优化设计

针对余热锅炉入口平面速度分布均匀性差等问题,提出了双S形燃气轮机余热锅炉过渡烟道。详细分析了内部S形引流板位置及末端折板倾角对烟速分布均匀性的影响,并对双S形结构进行了优化。结果表明:双S形烟道设计将气流分为双向并较均匀地引导至余热锅炉入口,明显地减小了回流区和高速区,提高了烟气流速分布均匀性,可减轻入口管束振动及磨损。

渔船柴油机余热利用系统设计与热力学分析

为充分利用渔船柴油机余热,提出一种以CO_(2)为工质的新型余热利用技术,通过能源梯级利用,实现发电、制冷、制淡水的三联供系统。建立船舶余热驱动的CO_(2)超临界发电、跨临界制冷及蒸馏制淡水循环系统的热力学稳态模型,并以排气温度293℃、排气热量1668 kW的Wärtsilä6L45B型船舶柴油机为例,模拟分析关键热力参数对系统性能、余热利用的影响。研究结果表明,该余热利用系统可为渔船提供6.7~284.0 kW的净发电量,同时可为船上-40℃的速冻库和4℃的食品保鲜库分别提供22~150 kW和194~1311 kW的冷量用于速冻、保鲜或舱内空调,并提供5.25~12.75 t/d的淡水;通过控制膨胀机入口压力和海水淡化温度,灵活控制系统输出的净发电量、中低温冷量和淡水量以满足渔船在航行、捕捞等工作阶段对不同能量的需求。通过柴油机余热利用技术提供的电能、制冷量以及淡水,可减少渔船对柴油的消耗,具有明显的节能效果,为远洋作业渔船的余热利用提供参考。

基于机理分析的船舶能耗监测系统开发应用

详细分析船舶主机、副机和锅炉等主要耗能设备的能量损失,讨论各能耗值的含义及不同耗能设备的各项能耗值之间的逻辑关系。介绍船舶能耗监测系统的主要功能,包括实时显示船舶动力系统各能耗值、查询历史数据和输出能耗分布的中间值等。基于多年的实船应用情况,对当前船舶能耗监测系统存在的问题进行总结,并提出改进建议和后续的研究方向,包括充分利用船舶系统新增的传感手段、加强对状态监测和辅助决策等功能的开发等。研究成果可供同类型船舶能耗监测系统的开发和应用参考。

船舶余热驱动的溶液除湿蒸发冷却空调系统性能分析

从节能环保的角度出发,针对船舶独特的海上环境,构建一种新型船舶余热驱动的溶液除湿蒸发冷却空调系统,该系统使用船舶余热作为再生热源,使用室内排风作为再生空气,并充分利用海水作为自然冷源。使用Simulink建立该系统的仿真平台,在船舶空调夏季设计参数下,新风量为0.15 kg/s时,溶液流量宜取0.2 kg/s,溶液温度宜取32℃,该工况下的系统热力系数为1.28。研究表明,室外温度为30℃~40℃时,该系统可充分适应船舶空调湿负荷大的特点。

船舶余热固体吸附式制冷可行性分析和模拟实验系统设计

目前利用船舶余热的吸附式制冷的研究主要集中在渔船上,对在远洋船舶上应用的研究还仅仅是初步设想。本文探讨了利用远洋船舶柴油机余热进行固体吸附制冷的可行性,并提出了摸拟船舶余热的固体吸附式制冷实验系统的设计方案。

吸附式制冷在船舶空调中应用的可行性研究

作为一种利用低品位热能驱动的绿色制冷技术,目前吸附式制冷技术已成为国际制冷界关注的热点.本文分析了吸附式制冷在商用船舶空调中应用的可行性,对其在实船应用进行系统设计,并实现了吸附与脱附过程的自动切换,为吸附式制冷空调在船舶中应用奠定基础.

超大型船舶废气利用的途径和措施

超大型船舶主机功率庞大,废气排放热量可观。借助废气余热利用系统,可将部分排气热量转换为电能,达到节能的目的。船舶安装废气余热利用装置可提高燃油利用率。对于不同的船舶,须从工作可靠性与经济性综合考虑,选取适合的废气余热利用系统。通过系统静态特性的模拟分析,可合理预测和校验系统的实际工作情况,为船舶废气余热利用系统的设计提供正确的方法和必要的参考。由系统的热平衡计算,可求出系统的热力学参数,由系统部件的热力设计可得到系统各部件的结构、损失与效率。对船舶废气余热利用系统进行优化分析,可为系统部件提供最优工作参数,使系统达到最佳工作状态。

有机朗肯循环系统回收低温余热的优势

当前国内传统余热发电系统都是利用水蒸气的朗肯循环。举例分析了目前我国低温余热回收状况,进而通过和传统水蒸气余热发电系统的对比,阐述了有机朗肯循环(ORC)在回收低温余热领域的优势以及国内外实际应用情况。最后提出了对于国内发展ORC余热发电系统的建议。

大型船舶主机废气热能回收装置的热平衡分析

对一般船舶的主机废气热能回收系统进行了热平衡分析,通过实例计算,求出了该系统的状态参数、输入输出的能量、热效率和损失系数,得出其热量平衡图.计算表明,采用热平衡分析可了解该主机废气热能回收系统的能量分配和利用情况、整个动力装置热效率的提高程度.热平衡分析结果将用于热经济分析以基础数据.

船用锅炉蒸汽余热吸附式空调的试验研究

吸附空调系统船用的关键是其供冷量能否适应船舶空调舱室热负荷的变化。在实验室中建立了由锅炉低压蒸汽驱动的五吸附床,制冷系统使用氨-复合吸附剂。根据夏季典型空调工况下计算的热负荷,实验研究了制冷系统供冷量与空调负荷变化之间的适配性。结果表明:系统供冷量除受循环冷却水和蒸汽的流量、温度的影响外,还受吸附床加热和冷却时间的影响;必须通过优化吸附床结构、调整吸附床的吸脱附时间,才能使蒸汽驱动的吸附制冷系统实用化。

余热冷管应用于船舶舱室空调的可行性分析

为利用船舶的废气余热,设计一种基于余热冷管的旋转式吸附制冷空调装置.通过该装置在船舶舱室的应用和计算,得出:在柴油机烟气余热温度为300℃时,将2 500支余热冷管组合成体积为18.84 m3旋转式吸附制冷空调装置,可以为一个热负荷为100 k W船舶舱室提供空调冷量,每年节约船用燃油30 t,减少CO2排放73 734 m3.

面向船舶多种余热梯级利用的TEG-ORC联合循环性能

传统的温差发电(TEG)和有机朗肯循环(ORC)等技术难以兼顾船舶多种性质余热的不同特点,且利用率较低.本文提出了一种TEG-ORC联合循环船舶余热梯级利用系统,研究了ORC底循环蒸发压力变化对系统输出功率、热效率、多级余热利用量和成本等重要性能的影响.结果表明,TEG-ORC联合循环实现了发电成本和热效率的优化,在TEG/ORC底循环比为0.615的工况下,主机烟气余热利用率随ORC蒸发压力的增加在小区间波动,系统的余热利用功率、输出功率和热效率均随ORC蒸发压力的增加而增大,系统单位发电成本随ORC蒸发压力的增加而降低.在ORC蒸发压力达到0.9 MPa时,主机烟气余热利用率为62.15%,余热利用功率为1919.68 W,输出功率为139.22 W,热效率为7.25%,单位发电成本为3.09¥·(kW·h)^(-1).