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所长基金重点培育项目“动力余热驱动功冷联产技术”简介(下)
发稿时间:2013-06-11         作者:隋军 韩巍 孙流莉          来源:分布式供能与可再生能源实验室     【字号:

  上期对所长基金重点培育项动力余热驱动功冷联产技术立项背景与意义、总体目标、主要研究内容、拟解决的科学问题、拟采取的研究方案及可行性分析等进行了详细阐述,本期将从研究队伍、研究进展和阶段性成果等方面介绍该项目的组织与实施情况。 

  动力余热驱动功冷联产技术项目是研究所的所属重点培育方向多能源互补的分布式供能系统的主要项目之一,由分布式供能与可再生能源实验室承担,执行期为20129月至20159月,项目负责人为隋军研究员。作中国科学院现有关键技术人才,隋军研究员担任国家能源局分布式能源技术研发(实验)中心北京基地技术负责人、分布式冷热电联供北京市重点实验室和中科院燃气轮机分布式供能创新团队秘书、十二五科技支撑计划项目分布式供能课题副组长、973计划多能源互补的分布式冷热电联供系统基础研究项目办公室主任和课题技术负责人等职,在分布式供能系统的研发和项目管理方面具有丰富的经验。项目组由分布式供能与可再生能源实验室的18名职工及研究生组成,其中具有中级及以上职称人员8名(包括研究员3名、副研4名、助研1名)。该项目组成员已参与过多项国家级和省部级科研项目以及院企合作项目,在分布式供能领域具有丰富的研究经验。 

  本年度主要从功冷联产系统方案设计、透平膨胀技术实验测试和氨水吸收式制冷技术及浓度的主动调控技术等方面开展研究,具体研究进展及阶段性成果如下所述。 

  1)功冷联产系统方案设计 

  根据项目要求,拟建一套中低温余热驱动的氨水混合工质功冷联产系统实验平台。拟回收发电机组排烟余热,利用氨水混合工质朗肯循环发电,氨水工质透平排气余热由吸收式制冷装置进一步回收,用于制冷。目前该实验平台正处于设计阶段,通过与相关设计单位进行合作,初步确定了实验系统的流程和建设方案。 

  本实验系统由动力子循环和制冷子循环耦合而成。根据温度对口,梯级利用的用能原则,动力子循环工作在高温区,回收利用烟气热量的高温部分;制冷子循环工作于低温区,回收利用动力子循环的排热。动力子循环与制冷子循环都采用氨水混合工质。因此,动力子循环在余热锅炉中的蒸发过程是变温的,可以与烟气放热过程进行良好的温度匹配;同时动力子循环中透平排气冷凝过程也是变温的,可以与制冷子循环中溶液被加热过程进行良好的温度匹配。整个系统中各个环节温度匹配良好,因此可以减少热量传递过程的不可逆损失,提高对烟气热量的利用效率。 

  2)透平膨胀技术 

  目前初步完成了以空气为介质的功冷联产透平实验台的建设,并在此实验台上开展了以下试验:1)空气膨胀制冷机的原理样机试验,实验过程中,膨胀机转速达到60000 rpm,制冷温度约为-42 ,制冷能力约为13 kW2 以空气为介质的功冷联产样机的功能性实验,实现了制冷和发电功能,目前正在开展性能优化试验,阶段成果是实现转速在15000 rpm,发电功率在700 W以上,目标转速在60000 rpm,发电功率在10 kW3)完成了中低温热源有机朗肯循环试验方案的制定以及设备的选型,实验台的搭建以及核心机(膨胀机)的密封设计工作也即展开。  

  3)氨水吸收式制冷技术及浓度的主动调控技术 

  吸收式制冷循环是余热驱动功冷联产系统的关键子系统和系统耦合的关键环节。通过对氨水吸收式制冷循环进行深入的实验研究,可以为动力余热驱动的功冷联产系统设计优化提供可靠基础数据,验证其关键过程在系统集成中可行性与有效性。现有的对氨水吸收式制冷的研究主要集中于两方面:一是对关键部件的研究,二是对新系统流程的研究,很少有关于外界参数(比如冷却水温度)变化对系统性能的影响,以及应该采取何种措施来应对这种变化。针对这个问题,本研究在完成基础的吸收式制冷实验之后,尝试提出一种适合与混合工质功冷联产的浓度主动调控方法,并在氨水吸收式制冷循环中进行实验验证,为相应的功冷联产系统运行优化提供先进手段。实验比较了不同基础浓度时冷却水平均温度变化对系统性能的影响,结果表明,在吸收器中冷却水温度降低时,采用主动浓度调控方法可以有效提高吸收器出口浓度,改善系统性能,COP可以提高15%以上。 

  本项目的实施将为高效利用动力排烟余热提供新的方法。而对动力余热进行高效利用有望使分布式供能系统的节能水平大幅度提高,为分布式供能关键过程及整体系统的设计提供新的设计理念、设计思路、设计方法和设计原则等,使我国的分布式供能技术研究跻身于国际先进行列。 

 
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