多源热泵制冷供热机组用于天然气液化流程的研究

【摘要】：通过对石油天然气物性的研究,利用热泵机组的特点,设计多源单效制冷供热热泵机组、双效热泵机组、双级热泵机组及天然气液化流程。将单效机一方面用于制冷空调,一方面将余热用于加热石油伴生气。再利用双效热泵,将石油伴生气的温度进一步加热,使其中富含的天然气从石油成分中完全析出,再进入天然气液化流程。然后对天然气液化流程进行优化处理,设计合理的天然气液化流程,将天然气液化过程中的余热用于天然气的预处理,通过脱硫、脱二氧化碳、脱水等天然气预处理过程降低杂质含量,再进入丙烷预冷混合制冷剂液化循环流程,最终将天然气液化,从而完成从石油伴生气中分离天然气,进而液化天然气的整个流程。 设计驱动热泵的热量来源于太阳能、燃气加热、压缩机出口余热及部分地热热能。设计过程以热能平衡为主要设计目标,从而减少生产过程中的能源浪费。 在制冷过程中,压缩机出口余热将进入太阳能管线,将其中的热量回收,用于天然气的预热。单效机产生的冷量用于中央空调,在冬季时则将单效机通过阀门控制,改为热泵运行,从而形成单效和双效机组并联的多源双级热泵机组,机组吸收的太阳能及压缩机余热用于石油伴生气的加热及生活用热水的供应,热量不足部分由燃气自动补偿,整个机组由计算机通过控制发生器的温度来控制整个机组的运行。 建立数学模型,利用模块化理论,归纳并总结了机组在制冷、供热及天然气液化流程中所涉及到的单效热泵机组、双效热泵机组的节能特征;建立了压缩机、节流阀、气液分离器、混合器、多股流换热器及整台机组的数学模型,通过计算流程中各节点的压力、温度、焓、熵、气液两相流量及气液两相摩尔分率,确定流程中压缩机功率、太阳能集热量、制冷量、供热量、压缩机功耗、丙烷预冷量、制冷剂流量及换热器的换热量等参数。 最后分析各流程参数对液化流程性能的影响,优化天然气液化流程参数,运用热力学原理分析(火用)变化,分析能量平衡条件,计算溴化锂溶液的热物性参数,研究天然气液化过种中LKP方程的应用,结合流程中各约束条件设计整台机组的结构,利用单片机原理设计温度自动控制程序,从而达到系统自动控制的目的。 【关键词】：太阳能 热泵 溟化铿吸收式制冷 天然气液化 丙烷预冷混合制 冷循环 冷剂温度控制程序
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TB657
【目录】：

• 中文摘要2-3
• ABSTRACT3-4
• 目录4-7
• 第一章 绪论7-17
• 1.1 概述7
• 1.2 目前国内的研究现状7-8
• 1.3 热泵的发展趋势8-11
• 1.3.1 热泵的三种发展趋势8-9
• 1.3.2 机械压缩式热泵的发展方向9
• 1.3.3 吸收式热泵和吸收式热变换器的发展方向9-10
• 1.3.4 热泵市场的发展10-11
• 1.3.4.1 热泵市场发展的有利因素10
• 1.3.4.2 热泵在建筑业的市场前景10-11
• 1.4 热泵型中央空调11-13
• 1.4.1 水冷冷水机组+锅炉11
• 1.4.2 热泵型机组11-12
• 1.4.3 溴化锂吸收式机组12-13
• 1.5 热泵的节能原理13-14
• 1.5.1 风冷热泵的应用与节能13-14
• 1.5.2 风冷热泵应用中应注意的问题14
• 1.5.3 其它类型热泵14
• 1.6 中央空调使用的三种机组14-16
• 1.6.1 电动压缩式冷水机组14-15
• 1.6.2 电动压缩式热泵机组15
• 1.6.3 燃气型溴化锂冷热水机组15
• 1.6.4 三种类型机组的比较15-16
• 1.7 溴化锂吸收式热泵16-17
• 第二章 多源热泵机组的设计17-21
• 2.1 多源热泵机组的设计思想17
• 2.2 单效溴化锂热泵机组的设计17-18
• 2.3 多源式溴化锂吸收式热泵机组的工作原理18-19
• 2.4 多源式压缩热泵冷热水机组工作原理19
• 2.5石油伴生气换热器的设计方法:19-20
• 2.6 热源列管的设计20-21
• 第三章 双级热泵机组的设计及模拟计算21-27
• 3.1 双级热泵机组的设计21
• 3.2 双级多源热泵机组的模拟计算21-25
• 3.2.1 最小蒸发温度的确定22-23
• 3.2.2 发生器温度的确定23-24
• 3.2.3 太阳能单效吸收式制冷循环24
• 3.2.4 太阳能吸热量与燃气加入量的确定24
• 3.2.5 整台机组数据计算24-25
• 3.3 双级热泵机组计算结果25-27
• 第四章 溴化锂热泵机组用于天然气液化流程27-41
• 4.1 天然气液化流程27-28
• 4.1.1 阶式制冷循环27
• 4.1.2 膨胀机制冷循环27
• 4.1.3 混合制冷剂循环27-28
• 4.2 两级热泵机组及天然气液化流程的设计28-29
• 4.3 丙烷预冷混合制冷剂液化流程29
• 4.3 丙烷预冷混合制冷剂液化流程的优化计算29-34
• 4.3.1 对目标函数进行优化29-32
• 4.3.2 优化结果32-34
• 4.4 丙烷预冷混合制冷剂流程中的损失计算34-38
• 4.4.1 流程中各设备的(火用)损失计算表达式34
• 4.4.2 流程参数对(火用)损失的影响34-38
• 4.4.3 流程(火用)损失分析38
• 4.5 丙烷预冷混合制冷剂流程中参数对流程性能的影响38-41
• 4.5.1 流程基本参数计算38-39
• 4.5.2 天然气的压力对流程性能的影响39
• 4.5.3 丙烷预冷后天然气的温度对流程性能的影响39
• 4.5.4 天然气的组成对流程性能的影响39
• 4.5.5 天然气中甲烷含量对天然气焓值的影响39
• 4.5.6 流程中参数对流程性能的影响分析39-41
• 第五章 天然气和制冷剂热物性的计算41-48
• 5.1 天然气和制冷剂热物性的特点41
• 5.2 多元混合物气液相平衡的热力学基础41-43
• 5.3 求解天然气和制冷剂相平衡的状态方程43-44
• 5.4 常用气体的状态方程44-45
• 5.5 利用SRK方程计算相平衡45-48
• 第六章 LKP方程用于天然气液化流程48-55
• 6.1 数学模型及选择48-49
• 6.2 方程的解法49-50
• 6.3 计算焓熵的方法50-52
• 6.3.1 余焓方程50-51
• 6.3.2 余熵方程51-52
• 6.3.3 计算焓熵的表达式52
• 6.4 用LKP方程计算余焓和余熵的计算表达式52-54
• 6.5 计算结果54-55
• 6.5.1 计算参数的设定54
• 6.5.2 计算结果分析54-55
• 第七章 太阳能集热器数学模型的建立55-60
• 7.1 计算太阳能集热器的有效得热量55
• 7.2 太阳能集热器的热效率55-56
• 7.3 模拟计算56-60
• 7.3.1 参数设定56
• 7.3.2 太阳能溴化锂机组集热器(发生器)模拟计算56-58
• 7.3.3 冷凝器模型58-60
• 第八章 溴化锂水溶液物性计算60-65
• 8.1 溴化锂水溶液的结晶温度60
• 8.2 溴化锂溶液的温度T和浓度X的关系60
• 8.3 任意温度T时溴化锂水溶液的比焓值H的确定60
• 8.4 过热水蒸汽的比焓值60-61
• 8.5 已知温度和压力时浓度的确定61
• 8.6 定压比热的确定61-62
• 8.7 密度的确定62
• 8.8 热导率的计算62-63
• 8.9 表面张力的计算63
• 8.10 粘度的计算63-65
• 第九章 温度控制程序的设计65-74
• 9.1 主电路图65
• 9.2 发生器的数字模型的建立65-66
• 9.3 主程序66-74
• 结论74-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 攻读研究生学位期间发表论文79

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