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能源與動力工程論文(優秀論文推薦))

來源:未知 作者:王老師
發布于:2021-05-12 共7262字

  伴隨著我國社會經濟的快速發展和工業化進程的不斷發展,熱電廠也取得了突飛猛進的發展,電力資源是人們日常生產生活中所必不可少的動力資源之一,也是目前人類所使用的最清潔的能源之一。要不斷提高熱電能源的利用效率,保障人們的生產生活用電,下面是搜索整理的能源與動力工程論文6篇,以供參考。

  能源與動力工程論文第一篇:工業余熱發電熱力系統設計及其優化

  摘要:本文構建了余熱鍋爐和汽輪機的數學模型,提出了余熱發電項目熱力系統的優化設計方法。并利用典型案例證明了存在余熱鍋爐最佳設計壓力,使得系統發電量最大,為提高余熱電站發電量提供了方法。

  關鍵詞:余熱發電; 熱力系統; 工業余熱; 優化設計;

  Thermal System Design and Optimization of Industrial Waste Heat Power Generation

  Bai Zhong-hua Wang Ting-ting Xu Wen-bo Miao Chang-hai Yu Zong-ze

  Abstract:This paper constructs the mathematical model of waste heat boiler and steam turbine, and puts forward the optimization design method of thermal system of waste heat power generation project. A typical case is used to prove the existence of the optimal design pressure of the HRSG, which makes the system generate the maximum power, which provides a method to improve the power generation of the waste heat power station.

  為緩解我國經濟發展與能源稟賦之間的矛盾,國家將節能減排作為基本國策。我國工業余熱資源豐富,廣泛分別于工業各行業生產過程。據統計,余熱資源約占其燃料消耗總量的17%~67%,其中可回收率達60%,工業余熱領域節能潛力巨大。鋼鐵生產中的燒結機冷卻煙氣,水泥生產的窯頭和窯尾煙氣,玻璃生產中爐窯的煙氣,陶瓷生產的隧道窯煙氣,電石生產的窯爐煙氣都是利用潛力很高的余熱資源。近年來,隨著在水泥窯上的成功應用和推廣,余熱發電技術逐步向其他高耗能行業擴展。但目前在余熱發電技術領域,仍廣泛存在煙氣余熱利用率不高,熱力系統設計不合理等問題,為提高工業余熱利用水平,提升余熱發電精細化設計水平,研究余熱發電優化設計技術十分必要。

  目前,國內外學者在余熱發電領域進行了廣泛的研究,其中董帥等人研究了鍋爐余熱深度利用技術,劉永明等人研究了水泥窯頭AQC余熱鍋爐設計技術,陳希習、朱桐江等研究了余熱發電設備的選型計算問題,康建喜等人研究了陶瓷工業煙氣余熱鍋爐設計技術。但對于余熱發電熱力系統的優化設計研究仍處于空白。

  本文提供了煙氣余熱發電熱力系統的設計方法,構建了余熱發電熱力系統數學模型,提出了優化設計方法,并通過案例進行證實。

  1 余熱電站熱力系統

  余熱鍋爐是將工業煙氣的熱能轉換為蒸汽熱能的設備。對于含塵量較大的煙氣,一般采用立式鍋爐,煙氣側從鍋爐上部進入,下部流出,給水從鍋爐下部進入,上部流出,煙氣側和水側形成逆流換熱,有效增加換熱溫差,節省換熱面積。經過給水泵加壓后的給水先進入省煤器,預熱成為該壓力下的飽和水,然后進入汽包,飽和水經過下降管進入蒸發器,受熱后形成汽水混合物沿著上升管進入汽包,經過不斷的自然循環完成汽化過程。飽和蒸汽進入過熱器繼續加熱成為過熱蒸汽,然后進入分汽缸。

  汽輪機是將蒸汽的熱能轉化為汽輪機動能的設備。高溫高壓的過熱蒸汽在汽輪機中膨脹做功,驅動葉輪旋轉,將蒸汽的熱能轉化為葉輪的動能,然后帶動發電機發出電能。從汽輪機中做完功的乏汽進入凝汽器,經循環水冷卻后形成凝結水,凝結水經除氧后進入余熱鍋爐,完成一個完整的熱力循環。

  2 熱力系統設計

  在余熱發電設計中,煙氣的參數是確定的,設計的任務就是根據煙氣條件,確定省煤器進口、蒸發器入口、過熱器出口和汽輪機排汽等關鍵點的溫度、壓力和焓值,目標是實現余熱發電量最大。

  2.1 數學模型

  為計算余熱發電熱力系統參數,特建立以下數學模型:

  式中:tjs、tzf、tcs和tgs分別為余熱鍋爐進水溫度、蒸發溫度、出口蒸汽溫度和給水溫度,℃;Δtsdc、Δtjd分別為余熱鍋爐上端差和節點溫差,℃;Tjy、Tjd、Tpy分別為余熱鍋爐進煙溫度、節點煙氣溫度和排煙溫度,℃;Q1、Q2分別為余熱鍋爐蒸發過熱段和省煤器段的換熱量,kW;h1、h3、h4、h5、h6分別為過熱器出口蒸汽焓、蒸發器進口焓、省煤器進水焓、汽輪機排汽焓和排汽點等熵焓,kJ/kg;Cy為煙氣的定壓比熱,kJ/(Nm3℃);M為煙氣流量,Nm3/s;m為給水流量,kg/s;S1為進汽熵,kJ/(kg℃);P0、Ppq分別為鍋爐壓力和汽輪機排汽壓力,MPa;ηs和ηe分別為汽輪機相對內效率和發電機效率。Wfd為發電機輸出功率,k W。

  本文采用水和蒸汽熱力學性質IAPWS-IF97提供的水和蒸汽熱力學函數公式計算水和蒸汽的狀態參數,其中,T-P()為已知壓力求飽和溫度函數;h-PT()為已知壓力、溫度求焓值函數;h-Pl()為已知壓力求飽和水焓值函數;h-PS()為已知壓力、熵求焓值的函數;S-PT()為已知溫度、壓力求熵函數。

  2.2 設計方法

  余熱鍋爐部分熱力系統設計計算一般按照以下過程進行:

  (1)確定余熱鍋爐的壓力P0,計算該壓力下對應的飽和溫度tzf;

  (2)根據溫度tzf和節點溫差Δtjd計算省煤器出口的煙氣溫度Tjd;

  (3)根據余熱鍋爐進口煙溫Tjy、Tjd和煙氣流量計算煙氣在蒸發段和過熱段的總放熱量Q1;

  (4)根據鍋爐進口煙溫Tjy和鍋爐上端差Δtsdc計算鍋爐過熱器出口溫度tcs;

  (5)根據tzf、tcs、P0分別計算蒸發器進口焓值h3和過熱器出口焓值h1,然后結合Q1由熱平衡求得過熱蒸汽流量m;

  (6)根據給水溫度tgs、P0計算給水焓值h4;

  (7)根據h3、h4和過熱蒸汽流量m計算省煤器換熱量Q2;

  (8)根據Q2、Tjd計算排煙溫度Tpy。

  進行原則性熱力系統設計時,忽略了余熱鍋爐高度形成的壓力,認為余熱鍋爐出口蒸汽壓力和進口水壓是相同的。

  節點溫差Δtjd是一個重要設計數據,直接影響到余熱鍋爐的投資,按照工程經驗,一般取15~18℃。鍋爐上端差Δtsdc一般取25~30℃。

  過熱蒸汽從余熱鍋爐出口到汽輪機進口,由于管道阻力和散熱損失會存在壓力降和溫度降,但數值較小,在進行熱力系統優化時可忽略,認為汽輪機出口蒸汽參數與鍋爐過熱器出口蒸汽參數相同。

  汽輪機的進汽點一般在過熱蒸汽區,但是汽輪機排汽一般進入了兩相區,即濕蒸汽區,無法使用溫度、壓力確定其焓值,設計計算時采用相對能效率法。一般汽輪機的排汽壓力是已知的,可假設汽輪機進口點絕熱膨脹到排汽等壓線上,求得等熵焓降,然后根據汽輪機相對內效率計算實際焓降。

  (1)根據進汽溫度tcs和壓力P0計算汽輪機進汽點的熵值S1;

  (2)根據汽輪機排汽壓力Ppq和汽輪機進汽點的熵值S1計算等熵焓h6;

  (3)根據汽輪機相對內效率ηs和等熵焓降(h1-h6)計算蒸汽在汽輪機內的實際焓降;

  (4)根據過熱蒸汽流量m、發電機效率ηe和實際焓降計算發電機出力Wfd。

  對于用于余熱發電的小型汽輪機,設計時,相對內效率一般取81%。

  2.3 優化設計

  一般地,熱力系統設計時,汽輪機排汽、汽輪機相對內效率、給水溫度、余熱鍋爐上端差、節點溫差是已知的,余熱鍋爐的設計壓力成為關鍵設計參數。優化設計時,就是選擇合適的鍋爐壓力,使得發電機的輸出功率Wfd最大,即:

  為分析余熱電站的最佳鍋爐設計壓力,本文結合以下案例進行說明。

  利用某工業窯爐煙氣資源設計余熱電站,煙氣參數見表1。

  表1 煙氣余熱參數表     

 

  從目標函數式(15)中可以看出發電機輸出功率Wfd與過熱蒸汽流量m和汽輪機進汽排汽焓差(h1-h5)相關,以下分別分析。

  (1)鍋爐設計壓力P0與給水流量m的關系

  由式(4)可知:過熱蒸汽的流量與(h1-h3)與鍋爐蒸發過熱段換熱量Q1相關。

  首先分析焓差(h1-h3)與鍋爐設計壓力P0的關系,鍋爐設計壓力越高,焓差(h1-h3)越小,這主要是因為壓力越高,水的汽化潛熱越小的原因。

  然后,分析鍋爐蒸發過熱段換熱量Q1與鍋爐設計壓力P0的關系。鍋爐設計壓力P0越低,對應的蒸發溫度tzf越低,因此余熱鍋爐節點處煙氣溫度Tjd越低,由于鍋爐進口煙氣溫度不變,因此溫差(Tjy-Tjd)越大,相應的換熱量Q1越大。

  鍋爐設計壓力P0越低,過熱蒸汽流量m越大,這是因為盡管(h1-h3)與Q1均隨著鍋爐設計壓力P0降低而增大,但是Q1相比(h1-h3)增加得更快。

  (2)鍋爐設計壓力P0與(h1-h5)的關系

  鍋爐進口溫度和鍋爐上端差確定的情況下,汽輪機進口溫度就確定了,鍋爐的設計壓力P0越高,汽輪機進口焓值h1越小。在汽輪機排汽壓力和相對能效率確定的前提下,鍋爐的設計壓力P0越高,汽輪機排汽焓h5越低。

  汽輪機進汽焓h1和排汽焓h5均隨著鍋爐設計壓力P0增大而減小。而且汽輪機排汽焓h5隨鍋爐的設計壓力P0增加下降的幅度相比汽輪機進口焓值h1更快,因此,汽輪機焓降(h1-h5)隨鍋爐的設計壓力P0增加而增大。

  當P0小于1MPa時,焓降(h1-h5)隨鍋爐的設計壓力P0增加快速增大;當P0大于1MPa時,焓降(h1-h5)隨鍋爐的設計壓力P0增加緩慢增加。

  (3)鍋爐設計壓力P0與發電機出力的關系

  發電機輸出功率Wfd與過熱蒸汽流量m和汽輪機焓差(h1-h5)兩者的乘積相關,其中,過熱蒸汽流量m隨鍋爐設計壓力P0增大而減小,汽輪機焓差(h1-h5)隨鍋爐設計壓力P0增大而增大。

  發電機出力隨鍋爐設計壓力P0先增加,然后減小,存在明顯的最大值,該值對應的鍋爐設計壓力即為最佳設計壓力。

  針對案例設計基礎數據,選擇不同的鍋爐設計壓力時,余熱熱發發電電熱熱力力系系統統的的設設計計參參數數見見表表22。。

  表2 不同鍋爐壓力下設計參數表     

 

  下載原表

  

  2.4 優化設計結果

  針對案例設計基礎數據,經過優化計算,余熱鍋爐最佳設計壓力應取值1.05MPa,此時發電機出力為1630kW,熱力系統設計參數見表3和表4。

  表3 水側設計參數表     

  

  表4 其它設計參數表     

 

  3 結語

  煙氣參數一定時,余熱鍋爐的設計壓力是整個余熱發電熱力系統的關鍵設計參數,存在最佳鍋爐設計壓力,使得余熱電站的發電功率最大。最佳鍋爐設計壓力與煙氣溫度、余熱鍋爐上端差和節點溫差相關。

  參考文獻

  [1]陳卓.工業領域低品位余熱利用技術的應用現狀及關鍵技術[J].冶金管理,2019,(11):87-88.

  [2]高建麗.剖析低品位余熱蒸汽回收利用改造[J].節能與環保,2015,(09):74-75.

  [3]董帥.第三代煙氣余熱梯級利用方案的選擇與應用[J].電力設備管理,2020,(02):93-96.

  [4]劉永明.水泥窯頭AQC余熱鍋爐低溫廢氣的利用[J].建材技術與應用,2020,(01):29-30.

  [5]陳希習,朱桐江.合理選擇余熱發電設備充分利用能源[J].能源與環境,2019,(06):51-52.

  [6]康建喜.陶瓷工業煙氣余熱利用技術[J].陶瓷,2019,(02):46-49.

  能源與動力工程論文第二篇:空調制冷系統設計的問題探討

  摘要:文章首先分析空調制冷系統的設計原理、對空調制冷系統主要設計的內容進行說明,接著分析當今常見的空調制冷系統常見的設計問題,并針對這些問題提出相應的措施進行改進,主要從空調空氣過濾和處理能力以及節能和專業化方面進行探討,為空調制冷系統設計提供一定的參考。

  關鍵詞:空調制冷; 系統設計; 問題改進;

  Discussion on the Design of Air Conditioning Refrigeration System

  Mao Xianyou

  Guangdong Midea Refrigeration Equipment Co., Ltd.

  Abstract:The paper analyzes the design principle of the air-conditioning refrigeration system, explains the main design contents of the air-conditioning refrigeration system, analyzes the common design problems of today's common air-conditioning refrigeration system, and puts forward the corresponding measures for improvement, mainly from the air-conditioning air filtration and processing capacity, energy saving and energy saving Specialization is discussed,which provides a reference for the design of air conditioning and refrigeration system.

  引言

  當今空調已經基本成為每個家庭必備的家用電器,能夠為人們在炎熱的環境下改善生活環境,空調不僅需要有一些制熱功能,而且需要能夠滿足當前社會對節能、環保和高效的需求,提高空調制冷系統的整體質量水平。除了日常用戶需要提高所用的空調制冷系統外,一些大型制造廠和大型公共場所同樣需要有大型空調進行溫度的調節,這樣就需要對空調的設計進行改進以更高效率提供服務。

  1 空調制冷系統設計概述

  1.1 空調制冷系統設計原理

  所有空調制冷系統原理基本相同,主要組成基本相同,都包括壓縮機、冷凝器、膨脹閥和空調蒸發器等?照{壓縮機需要與空調蒸發器形成系統的應用體系,系統蒸發機負責產生蒸汽來進行機內的溫度調節,產生的蒸汽則需要壓縮機來進行處理,壓縮機通過壓縮,將溫度較高的蒸汽抽出運送到冷凝器中,冷凝器則對蒸汽進行冷凝使其成為液態,釋放出相應的熱量,由空調冷卻系統的冷卻用物質進行吸收熱量,實現對熱量的吸收排放。在進行設計時,需要根據不同結構具體的功能來對空調制冷系統的各個結構進行合理的位置規劃,使空調內部的溫度變化不會對空調造成損傷?照{的壓縮機不僅可以來對蒸汽進行物理形態的變化,而且可以對冷凝機提供一定的處理,進行壓縮之后,能夠迅速使蒸汽成為低壓蒸汽[1]。在進行當前大部分空調制冷系統改進時,主要需要對冷凝器進行改進,冷凝器是節能系統的主要部分,通過冷凝器改進可以實現節能。以中央空調為例,空調的基本系統設計如圖1所示,其中終端部分是負責信號的傳輸,對中央空調進行控制之間需要通過變頻器和泵來實現對中央空調主機的調節,冷卻塔部分則是負責對氣體溫度進行調整,最終傳輸到中央空調主機部分進行制冷。

 

  圖1 空調的基本系統設計   

  1.2 空調制冷系統重要設計內容

  空調制冷系統的主要結構一般不會發生巨大的變化,但是每個制冷結構都能夠進行相應的更加具體的設計,以實現對空調制冷系統整體的改進。在諸多的空調系統結構設計中,風機是最為基礎的結構設計,決定著空調制冷系統的排放量,如果風機設計不合理,會導致風機進行大量做工,但有效功較少,運行有效功率較低,且高功率運行會導致排風量較大,對于一些沒有進行處理的氣體進行排放,不僅嚴重影響制冷系統制冷效果,而且能源消耗巨大,還會產生噪音污染等各種污染?照{制冷系統的設計除了風機設計會對空調的一些運行效果產生影響外,交換器也是較為重要的設計內容。交換器的質量直接影響到空調內部溫度交換效果,在進行交換器設計時,主要設計內容是其內部蒸汽壓力控制水平,通過進行壓力控制能夠為蒸汽的溫度交換提供良好的環境,使冷凝工作進行地更加順利[2]。關于壓縮機方面,則需要對其變頻水平進行更加精細的設計,對于大部分用戶而言,并非需要空調全時間段進行高效運行,而是在適當的情況下應當進行自動變頻,對頻率進行限制。在進行壓縮機設計時,主要有兩種設計方案,分別是數碼漩渦式壓縮機和直流渦變式壓縮機,這兩種壓縮機設計專注點不同,前者具有更高的控制精度,后者則主要是能夠降低噪音干擾,具有更長的使用壽命。

  1.3 空調制冷系統常見的設計問題

  當今空調制冷系統設計時,已經能夠滿足多種場合下的應用需求,但是依舊存在著一些問題需要改進。首先是空調空氣過濾和處理能力設計存在著不足,當今大部分空調制冷系統設計時,都是只注重對溫度進行調節的能力水平,對環境評估一般僅僅是對空調應用環境規模進行評估,確定空調能夠使用的環境規模,很少對環境空氣進行考慮。一般情況下的空調制冷系統使用,對環境空氣評估要求不高,僅僅能夠對溫度進行調節便能夠滿足需求,但是對于一些用空調來調節環境溫度進行高效生產的工業企業而言,在生產時空氣中會產生大量粉塵顆粒,空調在應用過程中缺乏有效的過濾處理能力不僅會導致空調自身系統受到粉塵干擾損壞,而且還會在密閉環境下由于無法對污染的空氣進行處理,導致人們的身體健康受到損害。除了這種特殊環境下會出現空調制冷系統設計漏洞外,當今最為常見的空調制冷系統設計問題便是節能問題,雖然當今變頻技術已經得到了一定應用,但是依舊有較大的改進空間。

  2 改進空調制冷系統設計的方法

  2.1 改進空調空氣過濾和處理能力

  改進空調空氣過濾能力和處理能力對于部分行業而言,具有重大的意義,同時非常有市場前景。在對空調制冷系統進行設計時,可以設置相應的旁通清洗回路,旁通清洗回路的設置可以在正常冷卻水和冷熱水難以到達的區域,這些區域沒有空調運行過程中產生的水分進行清洗,更加容易產生污垢。除此之外,也可以設置相應的處理結構,在空調入風口處,設置相應的結構,用于存放相應的物質,對空氣進行處理,可以根據相應的應用環境,存放能夠吸收所處環境有害物質的化學物品,對于正常環境下的應用,也可以放置一些活性炭等來對灰塵進行吸附,減少進入空調制冷系統內部的污染物。

  2.2 提高空調制冷系統的節能水平

  空調制冷系統的節能是當今相關領域的熱門話題,在進行設計時,應當考慮溫差對空調運行的影響,溫差容易對空調蒸發器造成影響,溫差過大,會導致空調蒸發器效率降低,需要消耗更多的能源來實現對空調內部氣體的調節。為了避免溫差過大的影響,在進行空調蒸發器設計時,應當盡可能增添一些保溫措施,保持蒸發器周圍溫度環境不會出現太大的變動,減少不必要的能源消耗。同時,還可以對空調冷凝管進行設計改進,空調冷凝管受室外環境影響較大,當今大部分空調冷凝管設計時對室外環境考慮不足,當室外溫度過高時,冷凝管冷凝效率會較低,無法滿足空調制冷系統的需求,需要消耗大量能源提高整體運行效率來彌補損耗。在進行設計時應當加強對冷凝管的溫度檢測,當冷凝管在高溫環境下運行一段時間后效率降低,要及時進行冷凝管更換,減少能源浪費。

  2.3 根據不同需求進行針對性系統設計

  在進行空調制冷系統設計時,對于一些特殊環境下空調系統進行明確需求后再進行針對性設計,對于電力系統空調需求而言,需要明確空調運行電壓需求,設計時添加相應的變電器來提高空調適應性。對于一些服務器冷卻用的空調而言,在進行設計時則需要考慮制冷效率,可以適當提高功耗保障服務器正常運行。

  3 結語

  空調制冷系統在當今各個領域都應用普遍,人們的日常生活更是離不開,對空調制冷系統進行設計方面的改進有助于提高其應用水平,具有重大意義。

  參考文獻

  [1]張建雪,張慧玲,馬婧.云計算數據中心空調制冷系統淺析[J].信息通信,2018(8):128-130.

  [2]楊媛媛.空調制冷系統節能設計的研究[J].住宅與房地產,2018(19):92.

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