一种带中间换热器的双热源高温热泵系统

为了提高工业高温热泵系统的热力性能,实现对工业低温余热的高效综合回收,提出了一种带中间换热器的双热源高温热泵系统。第一级热泵以CO2为工质、以空气为热源,在超临界状态下将冷水加热到中间温度。第二级热泵以R152a(二氟乙烷)作为工质,从工业余热源吸收热量,将用水加热到所需的高温,并且在中间换热器中将CO2加热到过热状态。对该双热源热泵系统进行热力学分析,发现给定R152a在中间换热器温降的情况下,CO2存在最大的过热度,使得整个系统达到最佳运行工况。以回收50℃废水余热为例与单热源热泵进行比较,平均供水量是后者的两倍多,单位质量热水的耗功量减少43.2%,性能系数和火用效率分别平均提高41.9%和23.96%。

超高温气冷堆中间换热器用Haynes 230合金的热拉伸行为研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机研究了Haynes 230合金在应变速率为1 s^-1,温度为1000~1250℃时的热拉伸行为。结果表明:在1050~1225℃时拉伸试样断面收缩率≥61.68%,合金具有较好的塑性,在1200℃时塑性最佳;Haynes 230合金在1000~1225℃时的拉伸试样断口均有不同程度的颈缩,随着温度的增加,断口韧窝数量增多、变深,塑性也随之增加。当温度达到1200℃时,塑性最佳,温度继续增加,韧窝数量开始缓慢减少;温度升到1250℃时,为沿晶韧窝断口,塑性急剧下降。合金在1000及1050℃时均未发生明显的动态再结晶,温度升到1100℃时发生了局部动态再结晶,且动态再结晶百分比随温度的增加而增大,温度达到1175℃时,发生完全动态再结晶,温度继续增加,再结晶晶粒不断长大;当温度达到1250℃时,动态再结晶晶粒异常长大。Haynes 230合金在应变速率为1 s^-1时最佳的热加工温度为1175~1225℃。

微通道-微槽群中间换热器特性实验研究

对用于固体激光介质冷却的组合式中间换热器的流动与传热特性进行了实验研究。实验研究结果表明:努塞尔数随雷诺数的增加而增加,总热阻随微通道侧蒸馏水流量的增加而减小,总换热量随微通道侧蒸馏水流量的增加而增加,且换热器的传热系数可以达到1.5×104W/(m2.K),总热阻小于0.3 K/W,能较好地解决当前固体激光介质冷却系统中间换热器所存在的问题。

氦气杂质对中间换热器材料的影响初探

中间换热器是高温气冷堆氦气透平间接循环和高温工艺热应用的关键部件。中间换热器属于一回路压力边界,它将堆芯出口温度达900～1 000℃氦气的热量传递给二回路氦气,此外还承受一、二回路氦气压差,因此,目前能够用于中间换热器的耐热金属材料非常有限。高温气冷堆一、二回路氦气中含有H2、H2O、CO、CH4等杂质,在高温下,氦气杂质对中间换热器材料的影响主要是氧化、碳化和脱碳,降低材料的机械性能,其影响不可忽视。对于中间换热器设计,现有规范的温度范围需扩展,氦气杂质对材料强度的影响也需考虑。

中间换热器的传热和阻力特性

中间换热器在高温气冷堆氦气透平间接循环发电系统中是耦合高温气冷堆和氦气透平的关键部件,承担着将高温气冷堆中高温氦气的能量传递到氦气透平回路的任务。中间换热器给氦气透平的设计和运行维护带来方便,但它的传热与阻力性能不可避免地影响循环效率,因此,中间换热器的设计和选型需综合考虑传热效率、压力损失、材料性能和紧凑度等因素。本文介绍了印制板式换热器(PCHE)的主要特点,分析了它在间接循环系统中应用的可行性,重点研究了该中间换热器的传热和流动阻力特性,以及影响PCHE换热效率和压力损失的主要因素。在此基础上,提出了优化中间换热器传热和阻力特性的途径和方法。

HTR-10中间换热器设计

高温气冷堆能提供 90 0℃以上的出口温度 ,而蒸汽透平循环的工质最高温度只有 550℃左右 ,不能有效地利用高温气冷堆的高温潜力。 10MW高温气冷堆 (HTR -10 )采用的气体透平和蒸汽透平联合循环方案 ,不仅跟目前的高温气冷堆低入口温度相匹配 ,而且有助于学习和掌握直接和间接气体透平循环技术 ,积累并获得中间换热器、气体透平和其它设备的设计、建造和运行经验。中间换热器是采用联合循环的HTR -10的关键设备。本文将描述其独特的结构设计 。

基于中间换热器-吸收式热泵精馏节能系统的优化

为提升精馏环节的能源利用效率,基于高效回收换热器余热和梯级用能的理念,提出了设置中间换热器与吸收式热泵相结合的精馏节能系统;以某石化企业180 kt a气体精馏“三塔”(脱丙烷塔、脱乙烷塔、丙烯精制塔)系统中的脱丙烷塔为研究对象,采用Aspen Plus建立数学模型,对中间换热-吸收式热泵精馏节能系统的中间再沸器、中间冷凝器以及热泵的操作参数进行优化,并对“三塔”精馏流程的节能效果进行分析。结果表明,采用中间换热-吸收式热泵精馏节能系统可将脱丙烷塔的蒸汽消耗量降低25%;对于完整“三塔”精馏流程,蒸汽消耗量可降低38.8%,循环冷却水用量节约42.5%,新增利润约530.8万元a,项目静态投资的回收期为3 a。

中间换热器对HFO1234yf/HFC134a汽车热泵空调性能的影响

HFO1234yf/HFC134a混合制冷剂既能够满足环境保护的要求,又可以在不改变原本空调系统结构的情况下充注,是有潜力替代R134a的环保制冷剂,但其COP相对较低,在系统中加入中间换热器是提高系统COP的研究方向。基于此,分析了在制热模式下,中间换热器对新能源混合工质汽车空调系统的性能影响。根据冬季汽车空调工况搭建电动汽车空调性能实验台,对加入中间换热器后电动汽车空调的制热性能进行测试。实验表明:使用混合工质的汽车空调系统在加入中间换热器后,制热量相比未加入中间换热器的空调系统提高4%;排气温度提升12℃;COP提升3%-6%。

高温气冷堆中间换热器层流边界层的传热特性分析

为提高高温气冷堆中间换热器的换热效率,对中间换热器单元流道的层流流动边界层及热边界层进行了理论计算和模拟分析。利用幂次多项式速度分布的方法,对流道内的层流流动边界层和热边界层进行计算,结果表明,三次式的速度分布更为接近Blasius精确解,也更为符合数值模拟的结果。同时,结合不同位置的温度分布,可发现上、下边界层的相遇会使流动进入泊肃叶的抛物线形式,边界层理论继而不再适用。通过模拟还发现,氦气的进口温度和出口压力对于层流边界层的换热基本无影响;恒定热流密度下,壁面温度的变化分为明显的边界层区和泊肃叶区,在这两个区域壁面温度呈线性变化。

考虑中间换热器的能量集成精馏序列合成

针对考虑中间换热器(IHE)的精馏序列合成问题,提出基于随机优化策略的能量集成非清晰精馏序列(IHE-HIDSs)合成方法。通过对精馏序列分离任务合并处引入二元0/1变量表示是否存在IHE,以精馏序列的年总成本(TAC)为优化目标,建立了该合成问题的隐式混合整数非线性规划模型(MINLP),通过模拟退火和粒子群优化(SA-PSO)混合随机优化算法进行求解。为验证在精馏序列合成中同时考虑IHE的必要性以及所提出合成方法的有效性,对五组分醇类混合物和五组分烷烃类混合物两个算例的精馏序列合成问题进行了研究。结果表明,相比同时考虑热耦合和能量集成的精馏序列,IHE-HIDS具有更低的TAC。此外,所提出的方法可以在合理的计算时间内以高概率获得多个分离序列方案。

跨临界CO_2热泵中间换热器对系统性能的影响研究

为了研究跨临界CO_2热泵系统中间换热器对系统的影响,采用基于Modelica语言的仿真平台Dymola,建立了跨临界CO_2热泵的系统模型。从系统COP、制热量、蒸发压力和温度、气体冷却器CO_2出口温度以及过热度等方面,着重分析了中间换热器的有/无对系统性能的影响。结果表明:有中间换热器的系统运行性能更好,运行也更加稳定。在规定工况下,有中间换热器比无中间换热器的系统最优COP要高1.6%,且最优排气压力降低5%;中间换热器有效地降低了蒸发压力,由于系统质量流量较小,系统换热更加充分,从而减小了气体冷却器出口CO_2与水的换热温差;同时,有中间换热器的系统,存在过热度,过热度对热泵性能有直接影响,可以使排气温度升高,压缩机出口焓值增大,制热量增大。对中间换热器的分析研究,可以更加系统地了解CO_2热泵运行节点参数,为系统以及各元件设计提供参考。

粗糙元对高温气冷堆中间换热器强化传热性能的影响

为提高高温气冷堆中间换热器的换热效率,通过增加人为粗糙元的方式,对强化传热的效果进行CFD模拟分析,比较粗糙元管道和光滑管道,分别从流场分布、轴向速度、横向速度、湍动能、温度场及壁面传热系数等方面,进行粗糙元对强化传热性能影响的初步探究。结果表明,人为粗糙元的存在会破坏湍流边界层的黏性底层,增强横向扰动,大幅提高对流换热的效率。同时,人为粗糙元会降低主流的轴向速度,增大沿程阻力。因此,通过这项初步探究可为以后设计出具有最佳传热效率的粗糙元流道,提供必要的理论支持。

中间换热器及热泵对复杂塔处理能力的影响

为了研究复杂精馏塔扩容改造,文中运用流程模拟软件及Liu与Jobson提出的面积利用率曲线(FUA曲线)研究了安装中间冷凝器、中间再沸器及热泵对复杂精馏塔处理能力的影响。由模拟及计算结果可得基础工况的FUA曲线,根据该曲线形状可以确定:当复杂精馏塔处理量增加时,哪些塔板将成为其处理能力提高时的"瓶颈";中间换热器及热泵的合理安装位置。同时,由FUA曲线的形状可知能否通过安装中间换热器及热泵增加复杂精馏塔的处理能力。对文献中报道的实例进行研究,结果表明:FUA曲线法是复杂塔扩容改造分析的有利工具之一。

带中间换热器的低环温空气源热泵实验研究

为提高空气源热泵在低环境温度下的制热量,通过在热泵系统中设置中间换热器,对带中间换热器的空气源热泵性能进行理论与实验研究,并与不带中间换热器的空气源热泵系统进行对比。实验结果表明:当环境温度为-25℃时,带中间换热器的空气源热泵制热量为19.35 kW,能效比为1.95,分别比不带中间换热器的空气源热泵提高了23%和21.9%。同时,使用中间换热器能够保证系统在相同工况下压缩机功率基本保持不变,具有明显的节能效果。

中间换热器对地表水源热泵机组COP影响的模拟研究

为了定量评价中间换热器对地表水源热泵机组能效的影响,建立了反映机组负荷率,冷凝器及蒸发器进水温度等影响因素的螺杆式热泵机组变工况模型及中间换热器模型,提出了热泵机组变工况模型与中间换热器模型的耦合求解方法。以某酒店为研究对象进行了模拟。结果表明:制冷工况下,采用中间换热器后的热泵机组COP平均降低1.8%。制热工况下,采用中间换热器后的热泵机组COP平均降低0.84%。在进行间接式地表水源热泵系统设计时,应考虑两种工况下机组COP降低幅度的差异性。

中间换热器在家用小型地下水源热泵系统应用分析与探讨

在解决地下水中杂物所引起的水源热泵机组换热器堵塞等问题上,实际工程普遍采用在水源与机组换热器之间加装中间换热器的方法。以南昌某别墅家用小型地下水源热泵系统加装中间换热器为例,以空气源热泵系统与地埋管地源热泵系统为比较对象,对比分析冷热源方案的能效比和经济性,结果表明,地下水源热泵系统在加装中间换热器后,会造成地下水的水温优势无法得到充分利用、能效与经济性均低于空气源热泵系统以及系统控制复杂等一系列问题。

中间换热器的结构特点制造难点及解决

本文介绍了永煤集团20万吨/年甲醇装置中间换热器的结构特点,焊后热处理及水压试验,对类似设备的设计制造有一定参考价值。

空气压缩机中间换热器改造总结

分析了合成氨系统12000m3/h空气压缩机组(101-JA)打气量不足的原因,通过对中间换热器芯的成功改造,解决了空压机打气量不足的问题,稳定了生产。

煤制甲醇系统中间换热器设计及优化

中间换热器为煤制甲醇系统中的关键设备之一,相较于一般的换热器,其结构复杂,设计、制造难度大。文章从选材、计算、结构设计、制造检验等方面介绍了煤制甲醇系统中间换热器的设计过程,并根据使用经验对部分结构进行了优化。

大型超长中间换热器耳式支座的设计和制造

本项目研制的甲醇合成装置中间换热器,由于壳体耳式支座受力复杂、支座反力引起的与支座接触的壳体局部应力值无法按常规方法计算,所以采用有限元应力分析法对上述部位进行应力验证。有限元分析法对中间换热器局部结构进行详尽的应力计算,依据JB 4732—1995《钢制压力容器—分析设计标准》(2005确认)对支座相应的局部结构进行应力强度评定,设计出与设备运行工况相匹配的耳式支座。