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太阳能镜场梯级加热的建模与优化研究

华电技术 2020年第5期42卷 14-19页

作者：喻修成张智中核武汉核电运行技术股份有限公司武汉430223 西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

在我国煤电为主的大背景下,太阳能协同燃煤电站发电具有巨大的发展潜力,但仍面临着成本高、能量损失大等问题。采用梯级加热的思想,提出了一种将真空管集热器和槽式集热器混合构成梯级集热的镜场与传统燃煤机组协同发电的模型,能有效降... 详细信息

在我国煤电为主的大背景下,太阳能协同燃煤电站发电具有巨大的发展潜力,但仍面临着成本高、能量损失大等问题。采用梯级加热的思想,提出了一种将真空管集热器和槽式集热器混合构成梯级集热的镜场与传统燃煤机组协同发电的模型,能有效降低成本并减少能量损失,并对该模型中新加入的真空管集热器进行了参数优化研究。以N600-24.2/566/566型超临界中间再热凝汽式燃煤机组为协同对象开展研究,得出结论:年集热量随倾斜角增加先增加后降低,最佳倾斜角为40°~50°;年集热量增量随平板间距增大而减小;混合梯级集热系统完全取代第1级抽汽方式,在真空管集热器出口给水温度为160℃时平准化度电成本(LCOE)达到最低,为0.734元/(kW?h)。

关键词：太阳能-燃煤协同发电太阳能镜场混合镜场梯级加热参数优化平准化度电成本

吸收式热泵在热电联产集中供热节能改造工程中的应用

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吸收式热泵在热电联产集中供热节能改造工程中的应用

作者：李金龙中原工学院

学位级别：硕士

随着我国城镇化发展进程不断加快,能源的消耗也逐年激增,其中建筑能耗占据相当大的比例。在我国北方城市,冬季采暖大多采用集中供热的方式。面对日益严峻的能源短缺和采暖带来的环境污染等问题,热电联产给冬季采暖提供了一条节能减排新... 详细信息

随着我国城镇化发展进程不断加快,能源的消耗也逐年激增,其中建筑能耗占据相当大的比例。在我国北方城市,冬季采暖大多采用集中供热的方式。面对日益严峻的能源短缺和采暖带来的环境污染等问题,热电联产给冬季采暖提供了一条节能减排新途径。热电厂利用经过汽轮机做过功的蒸汽对用热户进行供热,一方面提高了热电厂的能源利用率,另一方面减少了锅炉采暖带来的环境污染。近年来,随着热电联产在城市集中供热领域的发展,一些问题也逐渐凸显。城市规划初期建设的供热热源和城市管网的输送能力已经难以跟上城市的发展需求。一方面,在城市周边增加热电厂来增加城市供热热源这一设想受国家相关政策限制;另一方面,增大供热管径,大面积开挖原有市政供热管网又难以实现。怎样在不改变城市原有热源及供热管网的基础上加大热源供热量和管网的供热能力是一个急于解决的问题。“基于吸收式换热热电联产集中供热新技术”的提出能够很好的解决这一问题。该技术的先进性和创新性体现在:热力站处利用吸收式热泵原理充分换取一次网的供水温度,增加一次网的供回水温差,提高市政供热管网的输送能力,同时,利用吸收式热泵在热电厂换热首站充分吸收循环水余热,用来加热一次网回水,加大热电厂的供热能力,进一步提高能源的利用效率。本文以郑州市当前热电联产中出现的上述问题为课题研究背景,结合郑州市正在试验阶段的“大温差吸收式换热机组在热力站的改造”项目,提出将吸收式热泵机组用于郑州市中原区某热电厂进行循环水余热回收来增加供热的方案。利用双效吸收式热泵、单效吸收式热泵、大温升吸收式热泵对电厂余热进行回收,梯级加热供热一次网回水。在方案优化中,结合热电厂实际条件,合理设定参数,通过试算法计算热电厂用于供热的最小抽汽量,并与传统抽汽供热作比较。论文最后还进行了经济效益计算,通过计算投资回收年限得出该方案的可行性。就郑州市来说,目前尚未有热电厂采用该先进技术进行热电联产改造,本文的研究成果为“基于吸收式换热热电联产集中供热新技术”在郑州市热电厂的推广提供了参考依据。

关键词：热电联产节能减排吸收式热泵余热回收梯级加热

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多源互补的组合式热泵热水制备系统优化研究

多源互补的组合式热泵热水制备系统优化研究

作者：孙林娜燕山大学

学位级别：硕士

公共建筑热水耗能占建筑能耗的20%0%,呈逐渐增长的趋势,游泳池、浴池等用水量大且集中的公共场所,制备热水所需的能耗甚至占此类建筑物能耗的80%。常规热水制备方式如燃气锅炉、电厂槽车运水等,存在制热成本高、安全隐患大及环境污染的... 详细信息

公共建筑热水耗能占建筑能耗的20%0%,呈逐渐增长的趋势,游泳池、浴池等用水量大且集中的公共场所,制备热水所需的能耗甚至占此类建筑物能耗的80%。常规热水制备方式如燃气锅炉、电厂槽车运水等,存在制热成本高、安全隐患大及环境污染的缺陷。而清洁热水制备方式如太阳能集热器、热泵等也存在一定问题,太阳能集热器受场地限制、天气影响及投资成本的约束无法广泛推行;热泵通常采用空气源热泵及污水源热泵,空气源热泵在冬季的制热工况不佳,污水源热泵余热回收量不足需要辅助其他的热源。针对以上问题,本文提出一种多源互补的组合式热泵热水制备系统,将空气源热泵与污水源热泵的优势有机结合,从而提高系统全年运行能效。在热泵运行原理基础上分析了影响热泵制热工况的设计参数,探究其对热泵影响的变化规律;针对浴池建筑污水余热利用情况展开研究,结果表明污水可回收余热量占制热量的比重与污水利用率密切相关,在充分回收污水余热的前提下进行热泵系统设计才能够实现节能最大化。综合考虑热泵设计参数的影响以及污水余热量的变化规律,为后续系统优化研究提供了理论基础。针对热泵环节提出相关评价指标并建立数学模型,根据浴池运营特点提出空气源-污水源互补的组合式热泵热水制备系统流程,分析新系统两种热泵组合模式并探究其运行特点,提出四通阀切换运行方案,根据室外环境的变化实现新系统运行模式灵活切换并以其中一种模式即空气源-污水源热泵系统为例建立EES数学计算模型,探讨新系统优化研究综合评价指标。提出新系统流程中影响运行效果的系统关键参数并展开深入研究,对比两种热泵组合模式在关键参数影响下的系统能效及耗电量的变化,明确系统优化方向,最大程度降低外界对系统运行的干扰,实现组合式热泵热水制备系统集成设计。此外,对全年性系统性能指标进行了探讨,表明两种热泵组合模式均具有阶段性运行优势。以燕山大学东校区浴池为例,构建新系统全年运行策略,通过与常规热泵系统对比分析可知,新系统在设备利用率、能效及经济效益三方面均展现了较大优势,表明本课题研究内容具备实际应用价值。

关键词：热水制备多源互补组合式热泵梯级加热系统优化

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太阳能协同燃煤机组的性能研究及优化

太阳能协同燃煤机组的性能研究及优化

作者：喻修成华中科技大学

学位级别：硕士

当前,中国正处于进一步深化能源结构调整的道路,降低传统燃煤消耗及大力发展清洁能源是改革的主流趋势,现有的太阳能热发电技术因前期投资高及技术封锁在国内的发展受到了一定阻碍。中国是一个以燃煤发电为主的国家,结合我国国情,将太... 详细信息

当前,中国正处于进一步深化能源结构调整的道路,降低传统燃煤消耗及大力发展清洁能源是改革的主流趋势,现有的太阳能热发电技术因前期投资高及技术封锁在国内的发展受到了一定阻碍。中国是一个以燃煤发电为主的国家,结合我国国情,将太阳场集热后产生的蒸汽与燃煤机组进行协同发电,一方面可以借助燃煤机组的高参数提高太阳能的转换效率,节省太阳场前期的镜场投资成本,降低发电成本,另一方面可以直接减少燃煤机组的煤耗量,在提高新能源发电份额的同时减少排放。因此有必要对太阳能协同燃煤机组系统的性能展开研究,为发展协同发电技术做好理论支持。本论文主要做了下面几部分的工作:首先,以Matlab/Simulink仿真平台为基础,建立了槽式太阳能集热场模型并分析了影响其效率的因素,根据燃煤机组的关键设备运行特性建立数学模型,通过逻辑连接建立了某600MW槽式太阳能协同燃煤机组耦合机理模型,可作为后续研究的模型基础。其次,在协同系统定功率运行模式下,考虑了太阳场不同协同方案时的光电转换效率,确定了太阳场给水从凝汽器出口抽取用于取代第一段抽汽时具有最佳的热经济性;太阳能取代抽汽份额越大,协同系统汽轮机运行越偏离设计工况运行;分别就100%THA、75%THA、50%THA三种典型工况考虑了太阳能蒸汽对机组省煤率及转换效率的影响,发现协同后系统省煤明显;考虑了背压的影响后根据实际气象参数计算了太阳场的年转换效率;并考虑太阳场辐射强度波动对协同机组的输出功率冲击性影响。为进一步降低太阳场的发电成本,提出了一种梯级加热的镜场组合方式,并对真空管集热器进行了布置优化,揭示了梯级加热的优化原理,组合镜场的中间温度会受辐射条件的影响而改变,最后根据全年的辐射情况从平均电力化成本的角度评价了多种梯级加热方式,得到了组合后太阳场的发电成本,并指出了真空管集热器的优势在取代低加段时收益更为明显,协同取代高加时可以降低太阳场发电成本。

关键词：太阳能槽式集热场太阳能协同燃煤机组性能分析梯级加热经济性评价

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基于吸收式热泵的精馏塔用能系统优化研究

基于吸收式热泵的精馏塔用能系统优化研究

作者：朱蒙燕山大学

学位级别：硕士

节能减排已成为石油化工行业可持续发展的首要任务之一,而精馏又是石化中最普遍、最成熟的分离混合物的工艺,该过程的能耗很大程度上影响着企业的生存。针对精馏过程有热联合、操作参数优化以及热泵精馏等节能技术,但都存在一定的不足,... 详细信息

节能减排已成为石油化工行业可持续发展的首要任务之一,而精馏又是石化中最普遍、最成熟的分离混合物的工艺,该过程的能耗很大程度上影响着企业的生存。针对精馏过程有热联合、操作参数优化以及热泵精馏等节能技术,但都存在一定的不足,特别是对于塔顶与塔底温差较大的高温精馏塔的节能效果不佳,为解决该问题,本文提出了一种基于第一类吸收式热泵的精馏塔梯级加热方法,并以脱丙烷塔为例对该方法进行优化,为精馏节能提供了新思路。1)针对常规精馏存在塔顶余热排放量大、加热过程能级不匹配的问题,提出基于第一类吸收式热泵的精馏塔梯级加热流程,并对新系统建立数学模型,以加工量18万t/年的脱丙烷塔为例,利用Aspen Plus软件对其过程进行模拟。2)研究精馏过程的节能因素,重点分析塔顶回流比、进料温度以及操作压力等关键参数对精馏塔加热负荷的影响,进而明确新系统关键参数优化和性能改进的方向:一方面是降低精馏塔的操作压力;另一方面是提高精馏塔的进料温度。3)随着操作压力的降低,热泵的蒸发压力下降;随着进料温度的提高,热泵的冷凝压力升高。综合考虑这两方面因素对热泵制热性能系数COPh的影响,以精馏塔工艺蒸汽消耗量最少为研究目标,分析得出新系统能效最佳工况。4)以某气体分馏三塔流程为例设计节能改造方案,并通过节能性与经济性分析验证新型精馏节能方法的应用价值。

关键词：精馏吸收式热泵梯级加热节能

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空冷电厂凝汽余热利用热电联产系统集成研究

空冷电厂凝汽余热利用热电联产系统集成研究

作者：常珊珊燕山大学

学位级别：硕士

随着北方城镇冬季供暖能耗的增加,清洁供热、节能减排已经成为我国能源供应事业的一项重要任务。热电联产可以提高供热的经济性和环保性,但是目前热电联产机组还存在巨大的凝汽余热未被利用。构建基于凝汽余热利用的清洁供热系统势在必... 详细信息

随着北方城镇冬季供暖能耗的增加,清洁供热、节能减排已经成为我国能源供应事业的一项重要任务。热电联产可以提高供热的经济性和环保性,但是目前热电联产机组还存在巨大的凝汽余热未被利用。构建基于凝汽余热利用的清洁供热系统势在必行,是热电联产乃至火力发电节能领域的重要方向。本文针对单元制空冷机组,将“机组高背压”、“热泵”和“低温热网回水”三种技术路线有机结合,提出一种新型的基于凝汽余热利用的热电联产系统,实现了汽轮机凝汽余热的深度回收、提高了热电联产系统能源利用效率,同时具备很高的可行性。本文围绕该系统的集成优化展开深入研究,成果用于指导系统的集成设计。(1)针对由凝汽余热利用引发的大型机组安全运行的机理问题,通过对末级长叶片安全特征指标的分析,给出机组最小冷却流量的计算方法,确定了在安全性约束条件下,机组抽凝比与背压的选择依据;针对由凝汽余热利用引发的热电联产系统的能源利用效率评价问题,通过分析抽汽和凝汽参数对机组产能(供热和发电)的影响,研究“供热等效电”的评价指标与方法。两方面工作为新系统的配置优化研究提供必要的理论依据。(2)针对两台单元制空冷机组,本文有机结合“机组高背压”、“热泵”和“热网低温回水”三种技术路线,构建了基于凝汽余热利用的热网水梯级加热流程,一是增设了旁通水系统,可以实现“机组背压”与“热泵容量”相互调节的关系;二是构建了由凝汽加热、热泵、抽汽加热组成的梯级加热流程,实现更高的系统能源利用效率。分析建立了关于新系统的数学计算模型,为集成配置提供理论基础。(3)针对采用不同热泵机组的新系统流程的集成配置,深入研究不同综合抽凝比和旁通水流量下,重要系统参数的变化调整对系统配置、能效和经济性的影响,明确了新系统性能优化的方向,使“机组高背压”和“热泵”两种技术元素达到最佳匹配。在此基础之上,对不同机组之间的抽凝比进行匹配优化,实现各台机组之间的能源梯级利用,获得更佳的系统能效。(4)以山西兴能古交电厂为例,设计余热回收对比方案,通过分析验证新系统在能效和经济效益两方面的优势、以及本课题研究内容的实际应用意义。

关键词：空冷电厂凝汽余热机组高背压热泵梯级加热

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三联供水(地)源热泵机组的应用

制冷与空调 2018年第11期18卷 52-56,51页

作者：李文胜中电投电力工程有限公司山东电力工程咨询院有限公司

介绍一种水侧转换的三联供水(地)源热泵机组,其主要特点是将冷凝器分成以显热交换为主的一级冷凝器和以潜热交换为主的二级冷凝器。通过对该机组及系统技术方案的分析,以及机组能效比和性能系数的计算,认为该机组可以充分利用冷凝热的... 详细信息

介绍一种水侧转换的三联供水(地)源热泵机组,其主要特点是将冷凝器分成以显热交换为主的一级冷凝器和以潜热交换为主的二级冷凝器。通过对该机组及系统技术方案的分析,以及机组能效比和性能系数的计算,认为该机组可以充分利用冷凝热的潜热和显热分别对生活热水进行梯级加热,不必采用高温工质就能够满足生活热水和空调热水出水温度要求,达到最大化利用冷凝热的效果。

关键词：三联供水(地)源热泵机组梯级加热潜热显热

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基于[火用]分析的换热网络和热经济优化

节能 2023年第5期42卷 51-54页

作者：原海峰张文景闫逢吉吕伟良焦传宝秦敏李军亮毛舒扬阳城国际发电有限责任公司山西晋城048000 中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院北京100043

现有换热网络布置比较固定,随着供热需求的变化,换热网络不能一直保持较高的换热效率,因此能量不能很好地实现梯级利用。为了使整个供热过程保持较高的效率,需要对换热网络和机组同时进行供热改造。利用能量的梯级利用原理和热力学第一... 详细信息

现有换热网络布置比较固定,随着供热需求的变化,换热网络不能一直保持较高的换热效率,因此能量不能很好地实现梯级利用。为了使整个供热过程保持较高的效率,需要对换热网络和机组同时进行供热改造。利用能量的梯级利用原理和热力学第一、第二定律,对不同室外温度情况下的供热情况进行计算,给出不同换热网络的连接方式,利用Aspen软件进行换热网络的模拟计算,寻找不同室外温度下的最优换热网络和热负荷分配方案;根据不同的热负荷提出串并联可调的换热网络。

关键词：换热网络优化梯级加热串并联可调 [火用]损失

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空气源热泵热水系统的改进及节能分析

制冷技术 2021年第2期41卷 81-84页

作者：张靖胡翀赫梁星宇曹祥王喜春张春路同济大学机械与能源工程学院上海201804 同济大学机械工程博士后流动站上海延华智能科技(集团)股份有限公司上海东方延华节能技术服务股份有限公司上海200060

以某大厦空气源热泵热水系统为实际工程背景,针对原有空气源热泵热水系统存在的混水损失、开停损失、热泵能效不高等问题进行改进,本文设计了一种双温水箱结合梯级加热、部分开停的空气源热泵热水系统。本文利用数值仿真方法搭建了热水... 详细信息

以某大厦空气源热泵热水系统为实际工程背景,针对原有空气源热泵热水系统存在的混水损失、开停损失、热泵能效不高等问题进行改进,本文设计了一种双温水箱结合梯级加热、部分开停的空气源热泵热水系统。本文利用数值仿真方法搭建了热水系统仿真模型,并对改进前后的热水系统进行节能分析,结果表明:双温水箱方案可以有效减少混水损失,降低热泵冷凝温度,提高机组能效,系统供热能力可提升2%~5%,节能量可达10%~12%;在此基础上引入梯级加热可进一步提升能效,在用水比例高时提升明显,达15%~17%。

关键词：空气源热泵热水系统双温水箱梯级加热