刘蔚蔚[1]2003年在《利用液化天然气冷（火用）的燃气轮机热力系统的研究》文中指出液化天然气(LNG)是一种清洁能源，我国也已经决定引进。由于LNG汽化过程放出大量冷(火用)，有必要对其冷(火用)的利用加以探讨。另外，以燃气轮机为核心的总能系统获得广泛应用，应对其热力性能作出分析。本论文主要内容包括：LNG在超临界汽化过程中，对其冷(火用)利用方案的探索和分析；某些特殊燃气轮机热力循环的热力分析。一、利用LNG冷(火用)与工业余热的闭式Brayton循环热力分析本论文讨论了LNG在超临界压力下汽化时，选择无相变的Brayton循环与之匹配，因为Brayton循环的放热过程为变温过程，与LNG的汽化过程有可能做到较好的温度匹配，减少换热过程的不可逆损失。我国一次能源消费中有很大一部分以中低温余热的形式排放掉了，由于温度不高，中低温余热难以作功，但若与冷(火用)结合就能大大扩展其工作温度区间。本论文对利用LNG冷(火用)与工业余热的闭式Brayton循环的多种方案进行了较详细的热力学分析。二、功热并供回热注水燃气轮机及其热力分析采取回热和功热并供可以减小热机循环的当量排气温度或有效利用余热。当附近有合适的热用户，又考虑到尽量多出功，可采用回热后利用余热加热热水，以提高总能利用率。方案中加热热水而非蒸汽，是因为这样就没有相变，可以充分利用余热，而且系统简单，易于实现。本论文对功热并供回热注水燃气轮机热力循环进行了基本定量分析。主要分析了注水率和压比对比功和供热量的影响。同时以总能利用率和当量(火用)效率为评价准则，讨论了注水率和压比对循环性能的影响。叁、多孔介质中温度与浓度梯度耦合自然对流基本方程的代数显式解析解本论文对王补宣院士等给出的反映多孔介质中温度与浓度耦合自然对流的五元非线性联立偏微分方程，利用加法分离变量法，导出了叁套比较简明的代数显式解析解。它们既有其理论价值，尤其宜于作为数值解的标准解，用以校核与发展计算流体力学与计算传热学。
饶文姬[2]2014年在《利用LNG冷能与低温太阳能的新型联合动力循环研究》文中研究指明优化能源结构及开发新能源是解决目前所面临的能源短缺及环境污染问题的重要手段。我国未来20年将大量进口液化天然气(LNG，liquefied natural gas)，LNG使用前需气化成天然气，过程释放大量的冷能。新能源中太阳能是最为原始和直接的清洁能源。利用LNG冷能及中低温太阳能都可以优化能源结构及节约能源，具有非常重要的意义，既符合我国向节能型社会发展的国策，又具有极其深远的社会和战略意义。针对常规以水或空气作为冷源的低温太阳能有机朗肯循环(ORC，organicRankine cycle)热效率低和用海水气化LNG造成大量冷能浪费及海洋生态破坏问题，本文创新地提出将低温太阳能与LNG冷能联合起来应用，建立了联合动力循环模型。紧接着对该循环进行了工质选取、循环比较、循环优化和火用及经济性分析。通过上述工作，得到了如下结论。1)综合考虑循环系统热效率、火用效率、太阳能集热器面积、透平体积流率以及工质质量流率五个指标，对循环进行最优工质选取。结果表明，使用R143a、丙烷和丙烯这叁种工质时的联合循环性能较其它13种工质好，为新型联合循环最适用工质。增加回热器后，不论何种工质，循环系统性能都增加。工质不同增加回热器后的效果也不同，使用R116的循环性能提升最大，乙烯、R218及乙烷次之，然而R143a、丙烷及丙烯依然为循环的最适用工质。2)在同等净功输出下，对新型联合循环和传统的以水为冷源的太阳能ORC及LNG直接膨胀循环进行了比较。结果表明，新型联合动力循环与传统太阳能ORC及LNG直接膨胀循环相比性能更优，主要表现在新循环具有更大的循环系统热效率及火用效率，更小的工质质量流量及换热面积。3)基于遗传算法对该新型联合动力循环进行优化，优化过程选取的目标函数为循环系统热效率及火用效率，优化参数有循环蒸发压力(Pe)、冷凝温度(Tc)、LNG气化压力(Pn3)以及LNG供气压力(Pn5)。结果显示，存在最佳循环蒸发压力、LNG气化压力、LNG供气压力及冷凝温度，且工况发生变化时，最佳值也发生变化，分析结果表明这些变化总是在一定的范围内。最优蒸发压力的范围为1.4MPa~2.8MPa；最优LNG气化压力的范围为3MPa~4.2MPa；最优冷凝温度的范围为193K~208K；最优LNG供气压力在0.3MPa附近。循环火用效率最大(A点)与系统热效率(B点)最大的点不同，A点及B点为循环单目标优化的最优工况点，两者对应的工况都不能作为循环的最优工况点。经分析得到了多目标优化的最优工况点(O点)，其所对应的工况为：Pe=2.201MPa，Pn3=3.398MPa，Tc=-64.9℃，Pn5=0.305MPa。4)循环所使用的热源为太阳能，太阳能集热器的选型及倾斜角度对循环性能都有很大的影响，因此本文对此也进行了分析。结果指出太阳能集热器模型不同，循环性能也不同，应选取瞬时效率截距较大的太阳能集热器。常规非聚光太阳能集热器的最佳倾角随着时间点、日子数及地点都是变化的，使用这种集热器时必需配置太阳能跟踪系统。CPC(compound parabolic collector)聚焦装置不需要对太阳轨迹即时跟踪，只需要季节性调整CPC倾角，本文通过模拟得到了不同地点各月、季、半年及年最佳倾角及年辐射增量。结果表明，辐射增加幅度最大的为按月调整集热器倾角，而按季度调整、半年调整及固定倾角调整叁种方式增加的幅度相差不大。5)为寻找循环的最薄弱环节，对循环进行了详细的火用分析。结果表明，循环换热部件的火用损最大，占循环总火用损的75%，透平占循环总火用损的25%，而泵的火用损可以忽略不计。集热器为循环中最薄弱的部件，冷凝器与换热器HX次之。冷凝器及换热器HX中火用损的产生主要是由于冷热流体能量品位的差异太大。冷凝器可通过减少LNG与工质的换热温差来减少火用损，换热器HX则应通过利用剩余冷能减少火用损。6)当循环透平1的净输出功为100kW时，循环的单位发电量成本为0.0504$/kWh，运行该循环可得0.0784$/kWh的利润，循环的投资回收期为5.38年。此外，本文引入火用经济性分析法对循环进行分析，结果表明循环的总经济因子为6.21%，超过90%的系统费用与火用损有关系，需通过降低循环总火用损或增加循环的非能耗费用来提高循环系统的火用经济性能。7)新型联合动力循环中LNG冷能还有一定的利用空间，且太阳能作为热源的稳定性不高，为此，本文提出了相应的措施来提高循环的性能。提出将该循环与空气分离系统及冷库联合起来用以提高循环的冷能利用率，而增加蓄热装置或进行燃料补给来避免由太阳能不稳定性引起的问题。
韩巍[3]2006年在《多能源互补的多功能能源系统及其集成机理》文中研究说明动力、化工和环境等领域与学科的交叉已经成为当代能源科学发展的一个基本趋势与特征。多能源互补的多功能能源系统借助系统集成和过程革新,寻求将多种能源综合互补、高效利用的有效途径与方法,逐步成为能源领域可持续发展的方向之一。本文依托国家重点基础研究发展规划973计划项目“新型广义总能系统与其全息性能和规律”和国家自然科学基金重大研究计划重点项目“适合西部多功能能源系统”,研究多能源综合互补的多功能能源系统的若干关键问题,主要包括多种化石能源综合互补方法与机理、适用于多功能系统复杂能量转化利用过程的(火用)分析方法以及新系统集成开拓等叁个方面。 在研究分析不同化石燃料(天然气和煤)特点的基础上提出了天然气和煤综合互补利用的新方法—双燃料重整综合互补。新方法将天然气/水蒸汽重整反应过程和煤燃烧过程整合起来,通过两个化学反应过程的耦合,发挥了天然气和煤的各自特点,实现了天然气和煤的高效清洁利用。基于能的品位概念,对双燃料重整综合互补过程进行深入分析研究,得出了描述燃料化学能与物理能相互转化的品位关系式,揭示双燃料重整综合互补时天然气和煤化学能梯级利用机理,还探讨了双燃料重整反应过程化学能与物理能梯级利用的特性规律。 在常规(火用)分析研究基础上拓展了(火用)分析方法。建立复杂能量利用过程的品位关系式,从能量的量和品位(质)相结合的层面,深入分析了过程内部能量转化利用现象,揭示其能量转化和利用机理。并将多个过程的品位关系式关联起来,分析过程与过程之间的相互影响,从而全面认识复杂系统中化学能与物理能综合梯级利用的实质。 研究提出双燃料重整发电系统。该系统基于“品位对口、梯级利用”的原则,将双燃料重整过程与热功转换的热力过程集成在一起,系统中双燃料重整反应制备的合成气作为动力系统的燃料,动力系统为双燃料重整反应提供重整用蒸汽,同时梯级利用了双燃料重整过程中的余热。模拟结果表明,双燃料重整发电系统具有较好的热力性能,在当前相应的技术条件下,煤的折合发电效率可达48%左右。
白芳芳[4]2011年在《提高LNG冷能发电效率的集成优化研究》文中研究表明液化天然气(LNG)常压下是一种温度低至-160.0℃的液体,在供应给下游用户前,通常利用海水将其汽化并加热至0℃以上,大量冷量被海水带走,造成极大的能源浪费和环境污染。充分利用LNG高品质冷能,对节能减排将有十分重要的理论和现实意义。在目前LNG冷能回收方法中,发电应用较多,但效率较低,一般不高于30%。针对这一问题,本文运用流程模拟技术,对LNG冷能联合发电流程进行模拟,分析了LNG温度、压力、组成及透平机入口温度和冷媒等因素对系统发电量的影响,总结出制约系统发电效率的关键因素是丙烷及天然气工质进透平机的温度和所选择的冷媒种类。针对前者提出了通过系统热集成,采用工艺过程低温余热加热透平进口工质的方法;针对后者得到了单一冷媒以丙烷综合性能最好,混合冷媒宜采用Kalina循环替代朗肯循环的结论。将研究结论应用于东南沿海某300万吨/年规模的LNG接收站,通过改进相关工艺实现用两种方案对流程进行集成优化,第一种方案首先实施工艺余热系统和冷能发电系统集成与优化,利用余热加热透平机进口工质,提高总发电量2558 kW,使天然气和丙烷直接膨胀做功的热效率提高了52.1%和22.6%;然后利用丙烷制冷发生8℃冰水700t/h,分别做压缩机机间冷却和接受站操作室空冷冷源,节约海水用量3872 t/h,节省制冷耗电1124kW;相比原流程,系统火用效率提高38%,创造效益3092万元/年;第二种方案是通过用C3H8-CF4混合冷媒组成的Kalina循环替代朗肯循环和用低温余热加热进透平机的天然气工质,使LNG的冷能利用率大大提高。改进后的Kalina循环两级透平膨胀做功的总电量为6933 kW,相比原流程的3121kW,提高了122%;循环工质液力透平做功所发电量为388 kW,而泵所消耗的电量为312 kW,即该系统液力透平所做功可直接驱动泵,从而达到减少泵的功耗,提高整个系统能量利用效率的目的。
王弢[5]2011年在《利用LNG冷能的朗肯循环适用工质的理论研究》文中研究说明天然气是一种高效清洁的能源,将在21世纪的能源结构中占据重要地位。而液化天然气(LNG)由于其良好的运输、储存特性,热值大、性能高的特点,逐渐成为能源供应与消费领域重要的一部分。LNG在气化过程中会有大量高品质的冷能释放,合理利用这些冷能具有十分可观的经济效益和环境效益。本文研究了如何采用有效的朗肯循环系统回收LNG中的冷能,主要内容包括:(1)通过查阅国内外相关文献,总结了近年来LNG冷能发电技术的进展。介绍并分析了各种冷能利用方案的优劣。(2)从理论上分析了LNG的冷量及冷能火用的计算方法及其相关因素,并研究了LNG蒸发过程中冷能火用释放的过程,包括火用损失分析。研究表明LNG蒸发压力及蒸发温度均对其冷能火用释放存在重要影响,从换热过程温度匹配恰当、减少火用损失角度,提出采用低温朗肯循环来回收LNG的冷能火用。(3)分析了朗肯循环适用工质的筛选原则,并对几种工质进行了初步筛选。使用HYSYS软件对采用不同工质的循环进行了模拟分析,分析的结果表明丙烷的循环性能要好于其他初选的工质。(4)通过计算分析,发现系统的火用损失主要发生在换热器中,是由冷热流体之间换热温度不匹配造成的。提出通过使用混合工质来改善系统的循环性能。理论循环性能的计算结果表明,虽然使用混合工质可以让换热器内换热过程温度匹配更恰当,同等工况下的循环性能更好,但工质的稳定工作温度区间也会减小。
林汝谋, 金红光[6]2002年在《热力循环——工程热力学的一个永恒研究方向》文中进行了进一步梳理概述了上世纪热力循环研究的传统思路与主要内容 ,论述了新世纪热力循环研究的前沿与热点。鉴于热力循环对热力学和动力机械发展的重要意义以及工程热力学主要研究对象仍在能源动力领域 ,强调指出热力循环是工程热力学的一个永恒研究方向。
吴毅, 王旭荣, 杨翼, 戴义平[7]2015年在《以液化天然气为冷源的超临界CO_2-跨临界CO_2冷电联供系统》文中研究说明为了提高超临界CO2布雷顿循环(SCO2循环)的低温余热回收效率,采用跨临界CO2循环(TCO2循环)作为底循环对再压缩式SCO2循环进行余热回收,并采用液化天然气(LNG)为冷源对工质进行冷凝,建立了以LNG为冷源的再压缩式SCO2-TCO2冷电联供系统,以同时输出电量和制冷量。对系统进行火用分析比较,并研究了关键热力参数对系统净输出功率、制冷量、系统热效率和系统火用效率的影响。结果显示:使用LNG作为冷源,降低了TCO2循环的冷凝温度,提高了低温回收热效率,系统的热效率(动力)在给定的条件下达到54.47%;提高LNG的入口温度,可以减小系统火用损;高温回热器换热效率增加,系统热效率和火用效率均增加;SCO2透平膨胀比增加,系统热效率降低,但火用效率增加;TCO2透平进口压力升高,系统热效率和火用效率均呈现先减小再升高后减小的变化趋势;随着冷凝温度升高,系统热效率降低,但火用效率先减小后增加。
参考文献：
[1]. 利用液化天然气冷（火用）的燃气轮机热力系统的研究[D]. 刘蔚蔚. 中国科学院研究生院（工程热物理研究所）. 2003
[2]. 利用LNG冷能与低温太阳能的新型联合动力循环研究[D]. 饶文姬. 重庆大学. 2014
[3]. 多能源互补的多功能能源系统及其集成机理[D]. 韩巍. 中国科学院研究生院（工程热物理研究所）. 2006
[4]. 提高LNG冷能发电效率的集成优化研究[D]. 白芳芳. 华南理工大学. 2011
[5]. 利用LNG冷能的朗肯循环适用工质的理论研究[D]. 王弢. 上海交通大学. 2011
[6]. 热力循环——工程热力学的一个永恒研究方向[J]. 林汝谋, 金红光. 燃气轮机技术. 2002
[7]. 以液化天然气为冷源的超临界CO_2-跨临界CO_2冷电联供系统[J]. 吴毅, 王旭荣, 杨翼, 戴义平. 西安交通大学学报. 2015
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