CO2热泵与朗肯循环耦合系统设计说明书

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基本信息

项目名称：: CO2热泵与朗肯循环耦合系统设计说明书
来源：: 第十二届“挑战杯”省赛作品
小类：: 能源化工
大类：: 自然科学类学术论文
简介：: 电站作为一个耗能大户，燃煤的效率只有30%—40%，大部分的热量耗散在环境中，其中大约有60%—70%的热量在凝汽器中被耗散，因而进行凝汽器的余热回收研究是非常必要的。本文利用CO2热泵对电厂冷凝器余热进行回收，不仅降低了烟气中CO2的排放，且很大程度上提高了循环效率。基于VB程序软件，开发了朗肯循环、回热循环和耦合循环的性能分析平台，为提高电厂效率进而深入推广节能减排技术提供基础。
详细介绍：: 节能减排是关乎我国经济发展，社会进步，环境保护及国家安全的重要战略任务。电站作为一个耗能大户，燃煤的效率只有30%—40%，大部分的热量耗散在环境中，其中大约有60%—70%的热量在凝汽器中被耗散，因而进行凝汽器的余热回收研究是非常必要的。鉴于朗肯循环效率较低和回热循环的局限性以及跨临界CO2热泵的高效性，本文提出用跨临界CO2热泵和朗肯循环耦合系统实现凝汽器的余热回收，其原理是利用汽轮机的一部分功供给压缩机来驱动热泵循环，并把从凝汽器回收的热能提高锅炉给水温度，进而提高耦合系统的效率。

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作品专业信息

撰写目的和基本思路: 撰写目的：电站作为耗能大户，不仅大量的冷凝热从凝汽器被循环水带走，而且向大气排放数量可观的CO2。因而进行凝汽器的余热回收是十分必要的。基本思路：基于热力学原理，本文提出用跨临界CO2热泵和朗肯循环耦合系统实现凝汽器的余热回收。CO2热泵循环不仅实现了回收凝汽器的余热，同时也减少了CO2的排放。
科学性、先进性及独特之处: 余热回收是节能减排研究的重点，本研究将CO2热泵和朗肯循环进行耦合，首次开发了耦合循环、朗肯循环和回热循环性能分析平台，通过优化循环参数，为提高电厂效率进而深入研究余热资源回收提供依据。
应用价值和现实意义: 一般的现代大型热电厂都采取回热、再热等措施，其热效率仍不超过40%，但现今采用回热是必需的提高热电厂效率的手段。采用CO2热泵和朗肯循环耦合系统，不仅实现了凝汽器大量余热的回收，降低了排烟中CO2的温室效应，并且在很大程度上提高了电厂效率。
学术论文摘要: 电站作为一个耗能大户，燃煤的效率只有30%—40%，大部分的热量耗散在环境中，其中大约有60%—70%的热量在凝汽器中被耗散，因而进行凝汽器的余热回收研究是非常必要的。本文利用CO2热泵对电厂冷凝器余热进行回收，不仅降低了烟气中CO2的排放，且很大程度上提高了循环效率。在CO2热泵中，由于节流损失比较严重，因而本文对膨胀机代替节流阀的热泵循环与朗肯循环的耦合系统进行了热力学分析。基于VB程序软件，分别开发了朗肯循环、回热循环和耦合循环的性能分析平台，通过优化循环参数，为提高电厂效率进而深入推广节能减排技术提供基础。
获奖情况: 1.本作品前期研究已在2010年南京东南大学中国工程热物理年会上宣读，其英文稿件已被国际期刊《Advanced Materials Research》收录，并将被EI和ISTP检索。 2.本论文已被中国三亚2011年先进工程材料与技术国际学术会议录用，并将被EI Compendex和ISTP检索。
鉴定结果: 南京东南大学2010中国工程热物理年会上宣读；中国三亚2011年先进工程材料与技术国际学术会议录用。
参考文献: [1] David W. Fahey. Ozone Depletion and Global Warming: Advancing the Science[C]. Tenth International Refrigeration and Air Conditioning Conference Seventeenth International Compressor Engineering Conference, Purdue University, July 12-15, 2004. [2] 王洪利，马一太，姜云涛. CO2跨临界单级压缩带回热器与不带回热器循环理论分析与实验研究[J]. 天津大学学报, 2009, 42(2): 137-143. [3] Y.Chen, Wimolsiri Pridasawas, Per Lundqvist. Dynamic simulation of a solar-driven carbon dioxide transcritical power system for small scale combined heat and power production[J]. Solar Energy , 2010, 84:1103–1110. [4] Gianfranco Angelino, Costante M.Invernizzi. Carbon dioxide power cycles using liquid natural gas as heat sink[J]. Applied Thermal Engineering, 2009, 29: 2935–2941. [5] Xin-Rong Zhang, Hiroshi Yamaguchi, Daisuke Uneno. Experimental study on the performance of solar Rankine system using supercritical CO2[J] . Renewable Energy, 2007, 32:2617–2628.
同类课题研究水平概述: 目前，关于余热回收的研究很多，有些效果很好，在很多程度提高了企业效率，促进了节能减排技术的推广。本文利用CO2热泵对电厂冷凝器余热进行回收，不仅降低了烟气中CO2的排放，且很大程度上提高了循环效率。通过开发朗肯循环、回热循环和耦合循环性能分析平台，从而对三种循环性能进行对比，为提高电厂效率进而深入推广节能减排技术提供基础。此研究在国内外未见详细公开报道。

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