面向工程应用的先进绝热压缩空气储能模型及先进㶲分析

先进绝热压缩空气储能(advanced adiabatic compressed air energy storage system,AA-CAES)仿真建模及分析是其工程实践的基础。然而,目前模型一般基于理想工况建立,分析结果与实际工况相偏差较大,无法指导工程应用。为此,在传统热力学模型基础上,考虑了空气流动阻力损失和能量转换设备损耗等因素,建立了面向工程应用的AA-CAES模型并以200MW盐穴AA-CAES系统为例进行了分析。同时,对系统效率分析方法进行改进并对其进行了先进㶲分析。结果表明,空气管道㶲损失占总㶲损失比例接近7%,能量转换设备损耗导致电-电效率比轴功效率低5%,二者对系统性能影响较大,在进行工程设计时不可以忽略。系统各部件可避免㶲损失占比均较大,表明系统具有较大的性能提升潜力。各部件㶲损失为其内部㶲损失,与其他部件是否工作在最佳状态关系不大。

基于㶲分析的天然气提氦联产LNG工艺优化

㶲分析是评估能量品位和能量利用效率的有效手段。基于㶲分析结果,可以准确识别工艺流程中不可逆性损失的位置及其产生的原因,并可为工艺优化提供方向。为提高某天然气凝液回收提氦联产LNG装置其关键设备的㶲效率,降低装置整体能耗,在采用改进的㶲分析方法基础上,基于Aspen HYSYS软件,详细分析了该装置关键设备的效能,进而提出工艺优化方案。研究结果表明:①㶲损可划分为4类,改进的㶲分析方法能得出设备的各类㶲损占比,用于评估设备的改进潜力;②在大多数设备中,内源性㶲损大于外源性㶲损,压缩机和空冷器主要为可避免内源性㶲损,冷箱的主要㶲损类别各异,塔器主要为不可避免㶲损;③采用多级闪蒸提浓代替双塔提浓,即脱甲烷塔塔顶气先进入氦气提浓塔预提浓后,再进入液化单元进一步提浓,总压缩功较原方案降低11575 kW,有效能利用率更高。结论认为,改进工艺后的㶲损较原方案降低了约21648.4 kW,系统㶲效率提高了约14.75%,优化结果验证了改进㶲分析在天然气提氦联产LNG工艺中的可行性,为实际工程中提氦工艺的优化提供了参考。

基于㶲分析的陈化稻谷全粉碎发酵工艺节能优化

基于Aspen Plus设计并建立了处理量为40万吨/年的陈化稻谷全粉碎发酵工艺流程。采用㶲分析法对工艺的热力学性能进行了研究,明确㶲损失来源并进行了优化改造,研究结果表明:优化前工艺㶲损失为106477.62 kW,优化后㶲损失为79108.84 kW,经优化㶲损失减少27368.78 kW,㶲效率提高了5.97%。生产1 t燃料乙醇总能耗为1424.69 MJ,消耗原料4.25 t,耗水量和废水量分别为2.99和0.37 t,在满足生产过程中蒸汽用量需求的基础上产生电力15.03 MW,系统消耗1.29 MW。通过对优化前后工艺进行经济性分析发现,优化后的工艺经济性较好,工艺优化后公用工程的费用减少了52.76%,总成本降低了49.73元/吨,每年的净利润升高了2.85%。

基于㶲分析的固体废弃物固定床气化AHP-FCE评价方法研究

本文提出了一种基于㶲分析的层次分析-模糊评价法(analytic hierarchy process and fuzzy comprehensive evaluation,AHP-FCE),并利用该方法对村镇固体废弃物的固定床气化工艺进行评价、预测和优选.首先,利用㶲分析法计算出气化系统的㶲效率;其次,结合AHP法和FCE法从㶲效率、产气率、产气LHV、温室气体和废渣排放量5种评价指标对气化工艺进行综合性评价.结果表明:当T=1000℃、ER=0.35时,该气化系统的综合评分最高;氧气-水蒸气气化工艺优于空气气化和水蒸气气化;上吸式空气气化和下吸式氧气-水蒸气气化评分较高,即为最优的村镇固体废弃物固定床气化工艺.

R410A单工质复叠制冷系统变工况㶲分析

本文搭建R410A单工质复叠制冷系统实验台,研究了蒸发温度(t_(e))和冷凝温度(t_(k))对制冷量、性能系数(COP),各组成部件及系统㶲损和㶲效率的影响。结果表明:当t_(e)从-30℃增至-10℃,系统总㶲损减小了0.722 kW,COP增大了0.75,系统总㶲效率先增大后减小,减小了2.68%。t_(k)从30℃增大至50℃,系统总㶲损增大了1.392 kW,COP减小了0.632,系统总㶲效率减小了22.01%。系统各部件中压缩机㶲损、低温级压缩机㶲损、高温级压缩机㶲损和冷凝蒸发器㶲损较大,且受t_(e)和t_(k)的影响较大,是系统薄弱部位所在。减小t_(k),增大t_(e)有利于降低系统的㶲损,提高系统的㶲效率和COP。

高炉喷吹焦炉煤气操作的㶲分析

基于分析理论,建立高炉喷吹焦炉煤气分析模型,系统地研究焦炉煤气喷吹量对高炉损失、热力学完善度和效率的影响,提出高炉喷吹焦炉煤气操作条件下能量利用再优化的途径。研究结果表明:高炉的输入主要为燃料的化学和热风物理;输出主要为铁水的物理和化学、高炉煤气化学以及内部损失;与未喷吹操作相比,当喷吹量为11.89 m3/s时,内部损失和总损失分别降低26.38%和3.98%,外部损失升高2.11%,喷吹焦炉煤气对减少高炉内部的损失更为明显;喷吹焦炉煤气后,高炉的热力学完善度由90.23%上升到92.65%,效率由53.39%上升到54.25%,能量利用的质量得到提高;喷吹焦炉煤气后,铁水和炉渣的物理和化学相对稳定,吨铁炉顶煤气的化学由4.60增加到4.97 GJ,应加强这部分的利用。

一种改进的超临界二氧化碳燃煤发电系统及其㶲分析

常规超临界二氧化碳燃煤发电系统缺乏快速精确的锅炉气温控制方法,锅炉热效率和㶲效率较低。对此,提出了1种改进的一次再热分流再压缩超临界二氧化碳燃煤发电系统。采用Aspen Plus建立了原系统和改进系统的稳态模型,对2种系统进行了详细的㶲分析对比研究。此外,还对新系统的锅炉喷气减温方法的调温特性进行了研究。结果表明:与原系统相比,新系统的锅炉㶲效率和系统㶲效率分别为53.41%和48.24%,分别增加了2.76百分点和2.32百分点,提高均很显著;新系统中一次气和二次气2级喷气减温点A1和A2、B1和B2的气温调节范围分别为0~16.96℃、0~19.44℃、0~19.43℃和0~21.03℃,能够满足锅炉工质温度快速精确调节的要求。

一种传统压缩空气储能系统的㶲分析

压缩空气储能技术是具有较大发展前景的大规模储能技术之一,具有广阔的发展前景。使用Aspen Plus软件以传统压缩空气储能系统为例进行流程模拟,运用分析方法对模拟结果进行热力性能分析。分析结果表明,燃烧室的损失是系统各设备损失中最大的。同时还对压缩空气储能系统各个组成部件的运行效率与储能系统的损失之间的关系进行了敏感性分析,分析结果表明,对系统效率影响最大的参数为燃烧室效率,最小的参数为膨胀透平绝热效率。

共冷凝器双循环有机朗肯发电系统㶲分析

有机朗肯循环(ORC)发电是将中低温热源转化为高品位电能的有效途径之一。本文针对热源温度为100~150℃的亚临界饱和有机朗肯循环系统,选用4种有机工质,首先分析热源温度和工质对单级/双循环发电系统㶲效率和加热器㶲效率的变化规律,进而对双循环系统窄点温差对系统和加热器㶲效率的影响进行分析。主要结论包括:在相同热源温度下,R245fa为工质时,双循环系统及加热器的㶲效率相对于单循环系统的㶲效率大幅提升,在热源温度为130℃时,系统㶲效率提高了14.45%。随着窄点温差的增大,系统和加热器㶲效率减少;不同热源温度下窄点温差增大时,系统和加热器㶲效率的减小量接近相等,当窄点温差增加2℃,系统㶲效率平均减少1.9%左右。分析双循环系统采用4种有机工质时系统和加热器㶲效率,发现㶲效率都随热源温度增加而增大;当热源温度为100℃和150℃时,工质R245fa相对于R601的系统㶲效率相差为0.89%和3.54%;对应加热器的㶲效率相差为0.49%和4.82%。

超超临界700℃火电机组热力系统的㶲分析

基于分析法与矩阵结构分布理论,结合AD700技术的研究成果,对700℃、1 000 MW超超临界火电机组进行分析,揭示系统各部件损失的分布、大小与成因,并针对其进行优化改进,为新型超超临界机组参数的优化与节能挖掘潜力提供参考。

基于㶲分析的天然气膨胀压差发电-LNG联产工艺系统用能评价

针对天然气集输过程中采用节流阀调压造成压力能和冷能损失的情况,提出了一种天然气膨胀压差发电-LNG(液化天然气)联产工艺技术,在回收利用天然气压力能和冷能的同时,可生产副产品LNG。从能质的角度对此种工艺系统进行热力学分析,分别建立了联产系统的“黑箱”与“灰箱”㶲分析模型。以某气田为例进行应用分析,通过计算总系统及其主要设备的㶲损失、㶲损率、㶲效率等㶲分析评价指标,得出整体㶲效率为74.25%,高于采用节流阀或直接膨胀发电技术,其中膨胀机的总㶲损率为59.65%,是系统进一步用能改进的主要目标设备。

基于㶲分析优化方法的既有工业建筑节能改造

针对一既有工业建筑节能改造为研究对象,利用分析方法进行系统的研究和实践应用,通过建立分析模型,对既有工业建筑节能改造3个围护结构节能方案进行分析和各方案优化,经过分析各方案在生产阶段的耗及其CO2排放量,并对其运行阶段节量与CO2节排量也进行了计算分析,最后对经济性做出相应评价。结果证明:分析方法是更全面、科学、有效的优化方法,具有符合节能、减排双重优化分析的效果;分析结合经济性分析能够更好地评价方案的优劣。

基于㶲分析的再热/抽气回热/内回热有机朗肯循环的优化

提出一种具有再热/抽气回热/内回热的联合有机朗肯循环(CRORC)系统。该系统以低温热能作为驱动热源,以R245fa为循环工质。基于分析,对CRORC系统进行了优化。蒸发器、冷凝器、膨胀机II是CRORC系统损失的主要来源,随着抽气压力及再热压力的升高,CRORC系统的效率呈现先增大后减小的趋势,并存在最佳抽气压力/再热压力组合,使系统效率最高。相对于基本回热/抽气回热以及抽气回热/内回热结合的有机朗肯循环,CRORC有更高的效率。

室外高温环境下空调房间冷负荷和㶲分析

空调房间冷负荷会随室外温度升高而增大,尤其是在夏季高温天气。空调房间所消耗的能量包括冷能制备、输送和空调调节过程中所消耗的能量。本文从能量的本质入手,通过对夏季高温天气下,空调房间的需求、调节、制备和输送分别进行分析比较,为空调房间冷能的优化利用提供了理论指导。

装配隔热板的单罐储热罐性能模拟及㶲分析

单罐斜温层水储热技术的应用能够有效提高能源利用效率。在传统储热单罐中装配隔热板可以有效降低斜温层厚度,提高储热性能。以装配隔热板的储热罐为对象,建立不同工况下的模型并进行数值模拟。对比静止工况和蓄热工况下,装配隔热板前后储热罐内部温度场变化情况;研究隔热板材料物性对于储热性能的影响;基于静态工况下数值模拟结果进行储热罐㶲分析。数值模拟有效防止冷热流体掺混,从而提高储热罐储热性能;㶲分析结果表明加装隔热板可以降低储热罐系统㶲损失,提高系统能量利用率;选用导热系数小的材料作为隔热板能够增强隔热能力,优化储热罐性能。研究结果验证通过装配隔热板以降低斜温层厚度的可行性,对斜温层单罐储热技术的优化具有指导意义。

自回热甲醇精馏系统的设计与㶲分析

为全面反映自回热甲醇精馏系统的用能情况及其相对传统系统的用能合理性,以热力学第二定律的分析为基础,用工艺用能三环节的评价方法对两系统进行了用能宏观分析,结果表明自回热系统净供入能比传统系统降低了86.43%,节能效果显著。另外,改进系统的有效转换率与循环利用率分别为93.18%和61.42%,远大于传统系统的63.66%以及1.38%;并且改进系统的净损比传统系统降低56.69%。同时,对自回热系统进行最小传热温差ΔTmin特性研究发现ΔTmin选取在8-11℃为宜。

R448A和R450A在船舶冷库制冷系统替代R22的能量分析和㶲分析

为更全面分析R448A和R450A在蒸发温度为-35℃、冷凝温度为40℃的船舶冷库制冷系统替代R22的合理性,分别对使用R22,R407C,R448A和R450A作为制冷剂的循环系统进行㶲分析和能量分析,计算和比较R407C,R448A和R450A作为系统制冷剂的COP、总㶲损失、各组件㶲损失和㶲效率。分析表明:R407C,R448A和R450A的COP分别为R22的77.59%,78.68%和97.05%,㶲效率为R22的78.82%,79.85%和85.31%;同时发现系统的总㶲损失主要来自压缩机和膨胀阀。因此,R450A在船舶制冷系统的改造中更具有应用前景。

钢铁联合企业主要生产工序能量热分析与㶲分析

通过采用热分析和分析法对国内典型钢铁企业烧结、焦化、炼铁、炼钢、轧钢等主要生产工序进行能耗分析,得出了各工序的损失与热损失数量及分布情况。针对各工序的传热、燃烧、物料及散热等损失比例,分别提出了采用原料预热及炉体保温等减少传热温差、采用余热锅炉回收烟气及热物料余热、采用富氧燃烧及增大接触面积提高理论燃烧温度、采用直接热利用方式回收蒸汽余热等降低损失的方法。该研究结果可为钢铁联合企业的能源系统优化及节能减排提供可靠的设计依据。

用于丝光印染淡碱回收的热泵蒸发系统的㶲分析

确定了用于丝光印染淡碱回收的热泵蒸发技术的工艺流程,运用分析法对系统的主要部件建立了分析模型,并根据系统的平衡原则,计算得到的平衡相对误差仅为1.1%,具有足够的精度,满足工程计算和分析要求.分析结果表明:系统效率为4.8%,压缩机、蒸发器、水泵及排放的损失是系统损失的主要部分,分别为36.9%,31.2%,19.0%和9.2%.由此可见,热泵蒸发技术虽然充分回收利用了二次蒸汽的余热,具有较高的热效率,但效率仍然很低,且损失主要来自压缩机及蒸发器,占总数的68%.因此系统在设计及改进时,应着重减少压缩机和蒸发器的不可逆损失,压缩机工作时尽量接近绝热压缩过程,提高定熵效率,而在蒸发器中尽量选择较小的传热温差.

基于㶲分析的多能互补能源系统模型优化及调度策略研究

多能互补作为能源消费、能源供给、能源技术和能源体制革命中的关键点,是进一步提升可再生能源消纳和能效的重要途径。[火用]是能量系统效率的表征,能够更加深刻地揭示系统用能品质损失的大小、部位和影响因素,但是当前国内针对多能互补能源系统进行[火用]分析的工作较少。为从[火用]的角度对多能互补能源系统开展分析,建立系统的水的物质平衡约束和热力模型,同时构建系统[火用]分析的黑箱模型,从而将[火用]分析的评价指标作为系统运行的目标函数之一。结合某园区能源系统实例,分析分别以运行成本最低、[火用]效率最大为目标函数时,系统在供暖期的调度策略,为多能互补能源系统项目提供参考。算例结果表明,系统[火用]效率提升了17.8个百分点,付出的代价则是运行成本增加了30.5%。