卡林纳循环在中低温余热利用中的应用研究

在工业生产过程中,大量中低温余热直接排放大气,造成巨大的能源浪费和环境污染。卡林纳循环采用氨水混合物作为工质,具有气化温度低和非等温吸热的特点,因此,在简要介绍其工作原理的基础上将其应用于中低温余热回收,采用遗传算法对卡林纳循环和常规朗肯循环的主要参数进行了优化,在相同的余热条件下,比较了卡林纳循环和常规朗肯循环的净输出功率。结果表明,针对不同的余热类型,卡林纳循环和朗肯循环在余热回收利用方面各有优劣。

可调节比例的功/冷联供卡林纳循环系统性能研究

提出和研究了一种可根据用户所需调节比例的功/冷联供卡林纳循环系统.在三压力卡林纳循环基础上增加了一条由发生精馏塔、冷凝器、蒸发器和过冷器组成的制冷子回路,与锅炉和透平组成的动力回路相并联.新增制冷回路将锅炉出口热源进一步利用后提供额外制冷量,从而提升整个循环的综合性能.制冷蒸发器中的蒸发压力由循环基本溶液浓度所决定,因此制冷温度可以保持在较低水平(-25^-5℃).研究结果表明,在烟气热源、冷却水进口温度分别为350和32℃的条件下,系统取工作浓度0.54及对应的最小分流比0.53时,循环性能最佳,其综合动力回收效率可达23.41%,比相同条件下优化后的常规三压力卡林纳循环及氨水朗肯循环的动力回收效率分别提高了17.28%和43.18%.

串并联双压力蒸发卡林纳循环的性能分析

在卡林纳循环和串联的双压力蒸发卡林纳循环(DPV-KC)的基础上提出了一种串并联双压力蒸发卡林纳循环(DPV-KC2).通过设置压力相对较低的第二蒸发器,与第一蒸发器的液体加热段并联,第二蒸发器出口蒸气进入透平低压级段膨胀作功,使热源得到梯级利用,从而可以提高热源的动力回收效率.在外界冷热源温度相同的条件下,通过热力学原理对DPV-KC2、DPV-KC和基本型卡林纳循环的性能进行了分析.结果表明,在热源温度和冷却水温度分别为400和25℃、工作浓度和基本浓度分别为0.5和0.314、第一蒸发器露点温度和工质入口过冷度分别为290℃和15 K、第二蒸发器工质出口过热度为60 K时,DPV-KC2系统的动力回收效率达到26.34%,比单蒸发压力卡林纳循环提高了17.3%,比串联布置蒸发器的DPV-KC提高了3.58%.

卡林纳循环与氨水朗肯循环组合系统的热电联供性能

根据卡林纳循环发电效率高及氨水朗肯循环蒸发过程和冷凝过程都有较大温度变化的特点,提出了一种在非供暖季利用卡林纳循环发电而在供暖季利用氨水朗肯循环排热加热供暖水的卡林纳循环与氨水朗肯循环(AWKRC)组合系统.AWKRC组合系统在卡林纳循环基础上通过阀门切换实现循环流程转换.研究分析了AWKRC组合系统在非供暖季的发电性能和供暖季的热电联供性能,分析了氨水朗肯循环工作浓度对循环效率的影响.在给定计算条件下,非供暖季卡林纳循环的热效率和动力回收效率分别为20.9%和17.4%;而在供暖季氨水朗肯循环的热效率和动力回收效率分别为17.0%和13.0%,且其综合回收效率可达19.2%.

双压力蒸发卡林纳循环热力性能分析

介绍并研究一种能对中高温热源进行梯级利用的双压力蒸发卡林纳循环(DPV-KC)。通过工程计算软件EES对循环系统进行理论分析,得出双压力蒸发卡林纳循环的工作浓度和基本浓度的选取对循环系统参数及动力回收效率的影响规律以及两者的最佳匹配关系。在热源温度400℃、冷却水温度25℃,并限制最高压力不大于20 MPa,热源最低排放温度90℃条件下,最佳方案为工作浓度0.45、基本浓度为0.272,第一蒸发压力对应的露点温度为300℃,此时双压力蒸发卡林纳循环的动力回收效率h0可达到27%,比选取最佳参数的卡林纳循环提高17%。

并联型功冷联供卡林纳循环性能分析

对一种新型并联型可调功冷比例的卡林纳循环在制冰时段的性能进行了模拟计算及分析,在第一回热器中增加了换热面,引入第二回热器出口稀溶液参与对基本溶液的加热,分析了循环工作浓度、分流比、锅炉泡点处端差、过热度等参数对循环性能的影响。结果表明:随着锅炉泡点处端差的增加,循环的分流比范围逐渐增大;当端差由20 K增大为60 K时,循环最小分流比范围可以从0.518~1.000扩展为0.383~1.000,此时循环所输出的最大制冷量从315.4 kW增大为489.7 kW,但动力回收效率有所降低。

氨水卡林纳-朗肯循环组合系统的热力学分析

为改善氨水卡林纳-朗肯循环组合系统的运行性能,选取动力回收效率和效率作为评价指标,对氨水卡林纳-朗肯循环组合系统进行研究.分析外界冷热源温度变化对系统动力回收效率和效率的影响规律,并且分析在一定初始条件下循环系统各个设备的损失和效率,有针对性地改善系统的传热性能.在热源进口温度为300℃,卡林纳循环和朗肯循环冷源进口温度分别为25℃和15℃时,卡林纳循环和氨水朗肯循环的动力回收效率分别为18.2%、14.6%,效率分别为41.1%、33.1%,而氨水朗肯循环的综合动力回收效率和综合效率可以达到19.6%和46.5%.当供暖水温度分别为70℃或90℃而回水温度保持40℃时,氨水朗肯循环可以获得55.3%或65.6%采暖回收率,8.7%或13.4%的热水效率.

三压力氨水动力循环的热力学分析

在卡林纳循环基础上增设1个预热器和1个水冷溶液冷却器而构成的三压力氨水动力循环(TPAWPC),能更合理循环能量,节省换热面积,且可生产生活热水。在循环热效率ηth基础上,考虑余热回收率ηwh,选取两者的乘积(动力回收效率η0)作为评价准则,模拟计算分析了工质工作浓度和基本浓度、循环倍率、透平进口温度等循环重要参数对循环热力性能的影响。结果表明,工质的工作浓度决定了循环工作压力,工质基本浓度必须与工质工作浓度相配合方可获得高效率;循环倍率对循环动力回收效率呈正向较弱影响;当透平进口工质参数为400℃/8MPa,循环最低温度为30℃时,循环热效率和动力回收效率分别为26.05%和22.47%。

15kW等级闭式海洋温差KSC-11发电系统的性能分析

对15kW等级混合工质海洋温差卡林纳-11循环(简称KSC-11)系统进行计算和分析。结果表明,对于给定的透平进口压力,KSC-11系统存在相对应的最佳氨质量分数。对于给定氨质量分数的KSC-11系统,也存在相对应的最佳透平进口压力。在可利用海水温差19℃条件下,15kW等级KSC-11系统中,氨质量分数对最大净功影响不大,对应最佳透平进口压力为0.60～0.75MPa;氨质量分数为0.95的KSC-11系统综合性能最好,单位净功产量的换热器总面积γ为6～7m2/kW,对应的最佳透平进口压力为0.75MPa。