伴随着我国社会经济的快速发展和工业化进程的不断发展,热电厂也取得了突飞猛进的发展,电力资源是人们日常生产生活中所必不可少的动力资源之一,也是目前人类所使用的最清洁的能源之一。要不断提高热电能源的利用效率,保障人们的生产生活用电,下面是搜索整理的能源与动力工程论文6篇，以供参考。
能源与动力工程论文第一篇：工业余热发电热力系统设计及其优化
摘要：本文构建了余热锅炉和汽轮机的数学模型，提出了余热发电项目热力系统的优化设计方法。并利用典型案例证明了存在余热锅炉最佳设计压力，使得系统发电量最大，为提高余热电站发电量提供了方法。
关键词：余热发电; 热力系统; 工业余热; 优化设计;
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.
为缓解我国经济发展与能源禀赋之间的矛盾，国家将节能减排作为基本国策。我国工业余热资源丰富，广泛分别于工业各行业生产过程。据统计，余热资源约占其燃料消耗总量的17%～67%，其中可回收率达60%，工业余热领域节能潜力巨大。钢铁生产中的烧结机冷却烟气，水泥生产的窑头和窑尾烟气，玻璃生产中炉窑的烟气，陶瓷生产的隧道窑烟气，电石生产的窑炉烟气都是利用潜力很高的余热资源。近年来，随着在水泥窑上的成功应用和推广，余热发电技术逐步向其他高耗能行业扩展。但目前在余热发电技术领域，仍广泛存在烟气余热利用率不高，热力系统设计不合理等问题，为提高工业余热利用水平，提升余热发电精细化设计水平，研究余热发电优化设计技术十分必要。
目前，国内外学者在余热发电领域进行了广泛的研究，其中董帅等人研究了锅炉余热深度利用技术，刘永明等人研究了水泥窑头AQC余热锅炉设计技术，陈希习、朱桐江等研究了余热发电设备的选型计算问题，康建喜等人研究了陶瓷工业烟气余热锅炉设计技术。但对于余热发电热力系统的优化设计研究仍处于空白。
本文提供了烟气余热发电热力系统的设计方法，构建了余热发电热力系统数学模型，提出了优化设计方法，并通过案例进行证实。
1 余热电站热力系统
余热锅炉是将工业烟气的热能转换为蒸汽热能的设备。对于含尘量较大的烟气，一般采用立式锅炉，烟气侧从锅炉上部进入，下部流出，给水从锅炉下部进入，上部流出，烟气侧和水侧形成逆流换热，有效增加换热温差，节省换热面积。经过给水泵加压后的给水先进入省煤器，预热成为该压力下的饱和水，然后进入汽包，饱和水经过下降管进入蒸发器，受热后形成汽水混合物沿着上升管进入汽包，经过不断的自然循环完成汽化过程。饱和蒸汽进入过热器继续加热成为过热蒸汽，然后进入分汽缸。
汽轮机是将蒸汽的热能转化为汽轮机动能的设备。高温高压的过热蒸汽在汽轮机中膨胀做功，驱动叶轮旋转，将蒸汽的热能转化为叶轮的动能，然后带动发电机发出电能。从汽轮机中做完功的乏汽进入凝汽器，经循环水冷却后形成凝结水，凝结水经除氧后进入余热锅炉，完成一个完整的热力循环。
2 热力系统设计
在余热发电设计中，烟气的参数是确定的，设计的任务就是根据烟气条件，确定省煤器进口、蒸发器入口、过热器出口和汽轮机排汽等关键点的温度、压力和焓值，目标是实现余热发电量最大。
2.1 数学模型
为计算余热发电热力系统参数，特建立以下数学模型：
式中：tjs、tzf、tcs和tgs分别为余热锅炉进水温度、蒸发温度、出口蒸汽温度和给水温度，℃；Δtsdc、Δtjd分别为余热锅炉上端差和节点温差，℃；Tjy、Tjd、Tpy分别为余热锅炉进烟温度、节点烟气温度和排烟温度，℃；Q1、Q2分别为余热锅炉蒸发过热段和省煤器段的换热量，kW;h1、h3、h4、h5、h6分别为过热器出口蒸汽焓、蒸发器进口焓、省煤器进水焓、汽轮机排汽焓和排汽点等熵焓，kJ/kg;Cy为烟气的定压比热，kJ/（Nm3℃）；M为烟气流量，Nm3/s;m为给水流量，kg/s;S1为进汽熵，kJ/（kg℃）；P0、Ppq分别为锅炉压力和汽轮机排汽压力，MPa；ηs和ηe分别为汽轮机相对内效率和发电机效率。Wfd为发电机输出功率，k W。
本文采用水和蒸汽热力学性质IAPWS-IF97提供的水和蒸汽热力学函数公式计算水和蒸汽的状态参数，其中，T-P()为已知压力求饱和温度函数；h-PT()为已知压力、温度求焓值函数；h-Pl()为已知压力求饱和水焓值函数；h-PS()为已知压力、熵求焓值的函数；S-PT()为已知温度、压力求熵函数。
2.2 设计方法
余热锅炉部分热力系统设计计算一般按照以下过程进行：
(1)确定余热锅炉的压力P0，计算该压力下对应的饱和温度tzf;
(2)根据温度tzf和节点温差Δtjd计算省煤器出口的烟气温度Tjd;
(3)根据余热锅炉进口烟温Tjy、Tjd和烟气流量计算烟气在蒸发段和过热段的总放热量Q1;
(4)根据锅炉进口烟温Tjy和锅炉上端差Δtsdc计算锅炉过热器出口温度tcs;
(5)根据tzf、tcs、P0分别计算蒸发器进口焓值h3和过热器出口焓值h1，然后结合Q1由热平衡求得过热蒸汽流量m;
(6)根据给水温度tgs、P0计算给水焓值h4;
(7)根据h3、h4和过热蒸汽流量m计算省煤器换热量Q2;
(8)根据Q2、Tjd计算排烟温度Tpy。
进行原则性热力系统设计时，忽略了余热锅炉高度形成的压力，认为余热锅炉出口蒸汽压力和进口水压是相同的。
节点温差Δtjd是一个重要设计数据，直接影响到余热锅炉的投资，按照工程经验，一般取15～18℃。锅炉上端差Δtsdc一般取25～30℃。
过热蒸汽从余热锅炉出口到汽轮机进口，由于管道阻力和散热损失会存在压力降和温度降，但数值较小，在进行热力系统优化时可忽略，认为汽轮机出口蒸汽参数与锅炉过热器出口蒸汽参数相同。
汽轮机的进汽点一般在过热蒸汽区，但是汽轮机排汽一般进入了两相区，即湿蒸汽区，无法使用温度、压力确定其焓值，设计计算时采用相对能效率法。一般汽轮机的排汽压力是已知的，可假设汽轮机进口点绝热膨胀到排汽等压线上，求得等熵焓降，然后根据汽轮机相对内效率计算实际焓降。
(1)根据进汽温度tcs和压力P0计算汽轮机进汽点的熵值S1;
(2)根据汽轮机排汽压力Ppq和汽轮机进汽点的熵值S1计算等熵焓h6;
(3)根据汽轮机相对内效率ηs和等熵焓降（h1-h6）计算蒸汽在汽轮机内的实际焓降；
(4)根据过热蒸汽流量m、发电机效率ηe和实际焓降计算发电机出力Wfd。
对于用于余热发电的小型汽轮机，设计时，相对内效率一般取81%。
2.3 优化设计
一般地，热力系统设计时，汽轮机排汽、汽轮机相对内效率、给水温度、余热锅炉上端差、节点温差是已知的，余热锅炉的设计压力成为关键设计参数。优化设计时，就是选择合适的锅炉压力，使得发电机的输出功率Wfd最大，即：
为分析余热电站的最佳锅炉设计压力，本文结合以下案例进行说明。
利用某工业窑炉烟气资源设计余热电站，烟气参数见表1。
表1 烟气余热参数表
从目标函数式（15）中可以看出发电机输出功率Wfd与过热蒸汽流量m和汽轮机进汽排汽焓差（h1-h5）相关，以下分别分析。
(1）锅炉设计压力P0与给水流量m的关系
由式（4）可知：过热蒸汽的流量与（h1-h3）与锅炉蒸发过热段换热量Q1相关。
首先分析焓差（h1-h3）与锅炉设计压力P0的关系，锅炉设计压力越高，焓差（h1-h3）越小，这主要是因为压力越高，水的汽化潜热越小的原因。
然后，分析锅炉蒸发过热段换热量Q1与锅炉设计压力P0的关系。锅炉设计压力P0越低，对应的蒸发温度tzf越低，因此余热锅炉节点处烟气温度Tjd越低，由于锅炉进口烟气温度不变，因此温差（Tjy-Tjd）越大，相应的换热量Q1越大。
锅炉设计压力P0越低，过热蒸汽流量m越大，这是因为尽管（h1-h3）与Q1均随着锅炉设计压力P0降低而增大，但是Q1相比（h1-h3）增加得更快。
(2）锅炉设计压力P0与（h1-h5）的关系
锅炉进口温度和锅炉上端差确定的情况下，汽轮机进口温度就确定了，锅炉的设计压力P0越高，汽轮机进口焓值h1越小。在汽轮机排汽压力和相对能效率确定的前提下，锅炉的设计压力P0越高，汽轮机排汽焓h5越低。
汽轮机进汽焓h1和排汽焓h5均随着锅炉设计压力P0增大而减小。而且汽轮机排汽焓h5随锅炉的设计压力P0增加下降的幅度相比汽轮机进口焓值h1更快，因此，汽轮机焓降（h1-h5）随锅炉的设计压力P0增加而增大。
当P0小于1MPa时，焓降（h1-h5）随锅炉的设计压力P0增加快速增大；当P0大于1MPa时，焓降（h1-h5）随锅炉的设计压力P0增加缓慢增加。
(3）锅炉设计压力P0与发电机出力的关系
发电机输出功率Wfd与过热蒸汽流量m和汽轮机焓差（h1-h5）两者的乘积相关，其中，过热蒸汽流量m随锅炉设计压力P0增大而减小，汽轮机焓差（h1-h5）随锅炉设计压力P0增大而增大。
发电机出力随锅炉设计压力P0先增加，然后减小，存在明显的最大值，该值对应的锅炉设计压力即为最佳设计压力。
针对案例设计基础数据，选择不同的锅炉设计压力时，余热热发发电电热热力力系系统统的的设设计计参参数数见见表表22。。
表2 不同锅炉压力下设计参数表
下载原表
2.4 优化设计结果
针对案例设计基础数据，经过优化计算，余热锅炉最佳设计压力应取值1.05MPa，此时发电机出力为1630kW，热力系统设计参数见表3和表4。
表3 水侧设计参数表
表4 其它设计参数表
3 结语
烟气参数一定时，余热锅炉的设计压力是整个余热发电热力系统的关键设计参数，存在最佳锅炉设计压力，使得余热电站的发电功率最大。最佳锅炉设计压力与烟气温度、余热锅炉上端差和节点温差相关。
参考文献
[1]陈卓.工业领域低品位余热利用技术的应用现状及关键技术[J].冶金管理,2019,(11):87-88.
[2]高建丽.剖析低品位余热蒸汽回收利用改造[J].节能与环保,2015,(09):74-75.
[3]董帅.第三代烟气余热梯级利用方案的选择与应用[J].电力设备管理,2020,(02):93-96.
[4]刘永明.水泥窑头AQC余热锅炉低温废气的利用[J].建材技术与应用,2020,(01):29-30.
[5]陈希习,朱桐江.合理选择余热发电设备充分利用能源[J].能源与环境,2019,(06):51-52.
[6]康建喜.陶瓷工业烟气余热利用技术[J].陶瓷,2019,(02):46-49.
能源与动力工程论文第二篇：空调制冷系统设计的问题探讨
摘要：文章首先分析空调制冷系统的设计原理、对空调制冷系统主要设计的内容进行说明,接着分析当今常见的空调制冷系统常见的设计问题,并针对这些问题提出相应的措施进行改进,主要从空调空气过滤和处理能力以及节能和专业化方面进行探讨,为空调制冷系统设计提供一定的参考。
关键词：空调制冷; 系统设计; 问题改进;
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
当今空调已经基本成为每个家庭必备的家用电器，能够为人们在炎热的环境下改善生活环境，空调不仅需要有一些制热功能，而且需要能够满足当前社会对节能、环保和高效的需求，提高空调制冷系统的整体质量水平。除了日常用户需要提高所用的空调制冷系统外，一些大型制造厂和大型公共场所同样需要有大型空调进行温度的调节，这样就需要对空调的设计进行改进以更高效率提供服务。
1 空调制冷系统设计概述
1.1 空调制冷系统设计原理
所有空调制冷系统原理基本相同，主要组成基本相同，都包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和空调蒸发器等。空调压缩机需要与空调蒸发器形成系统的应用体系，系统蒸发机负责产生蒸汽来进行机内的温度调节，产生的蒸汽则需要压缩机来进行处理，压缩机通过压缩，将温度较高的蒸汽抽出运送到冷凝器中，冷凝器则对蒸汽进行冷凝使其成为液态，释放出相应的热量，由空调冷却系统的冷却用物质进行吸收热量，实现对热量的吸收排放。在进行设计时，需要根据不同结构具体的功能来对空调制冷系统的各个结构进行合理的位置规划，使空调内部的温度变化不会对空调造成损伤。空调的压缩机不仅可以来对蒸汽进行物理形态的变化，而且可以对冷凝机提供一定的处理，进行压缩之后，能够迅速使蒸汽成为低压蒸汽[1]。在进行当前大部分空调制冷系统改进时，主要需要对冷凝器进行改进，冷凝器是节能系统的主要部分，通过冷凝器改进可以实现节能。以中央空调为例，空调的基本系统设计如图1所示，其中终端部分是负责信号的传输，对中央空调进行控制之间需要通过变频器和泵来实现对中央空调主机的调节，冷却塔部分则是负责对气体温度进行调整，最终传输到中央空调主机部分进行制冷。
图1 空调的基本系统设计
1.2 空调制冷系统重要设计内容
空调制冷系统的主要结构一般不会发生巨大的变化，但是每个制冷结构都能够进行相应的更加具体的设计，以实现对空调制冷系统整体的改进。在诸多的空调系统结构设计中，风机是最为基础的结构设计，决定着空调制冷系统的排放量，如果风机设计不合理，会导致风机进行大量做工，但有效功较少，运行有效功率较低，且高功率运行会导致排风量较大，对于一些没有进行处理的气体进行排放，不仅严重影响制冷系统制冷效果，而且能源消耗巨大，还会产生噪音污染等各种污染。空调制冷系统的设计除了风机设计会对空调的一些运行效果产生影响外，交换器也是较为重要的设计内容。交换器的质量直接影响到空调内部温度交换效果，在进行交换器设计时，主要设计内容是其内部蒸汽压力控制水平，通过进行压力控制能够为蒸汽的温度交换提供良好的环境，使冷凝工作进行地更加顺利[2]。关于压缩机方面，则需要对其变频水平进行更加精细的设计，对于大部分用户而言，并非需要空调全时间段进行高效运行，而是在适当的情况下应当进行自动变频，对频率进行限制。在进行压缩机设计时，主要有两种设计方案，分别是数码漩涡式压缩机和直流涡变式压缩机，这两种压缩机设计专注点不同，前者具有更高的控制精度，后者则主要是能够降低噪音干扰，具有更长的使用寿命。
1.3 空调制冷系统常见的设计问题
当今空调制冷系统设计时，已经能够满足多种场合下的应用需求，但是依旧存在着一些问题需要改进。首先是空调空气过滤和处理能力设计存在着不足，当今大部分空调制冷系统设计时，都是只注重对温度进行调节的能力水平，对环境评估一般仅仅是对空调应用环境规模进行评估，确定空调能够使用的环境规模，很少对环境空气进行考虑。一般情况下的空调制冷系统使用，对环境空气评估要求不高，仅仅能够对温度进行调节便能够满足需求，但是对于一些用空调来调节环境温度进行高效生产的工业企业而言，在生产时空气中会产生大量粉尘颗粒，空调在应用过程中缺乏有效的过滤处理能力不仅会导致空调自身系统受到粉尘干扰损坏，而且还会在密闭环境下由于无法对污染的空气进行处理，导致人们的身体健康受到损害。除了这种特殊环境下会出现空调制冷系统设计漏洞外，当今最为常见的空调制冷系统设计问题便是节能问题，虽然当今变频技术已经得到了一定应用，但是依旧有较大的改进空间。
2 改进空调制冷系统设计的方法
2.1 改进空调空气过滤和处理能力
改进空调空气过滤能力和处理能力对于部分行业而言，具有重大的意义，同时非常有市场前景。在对空调制冷系统进行设计时，可以设置相应的旁通清洗回路，旁通清洗回路的设置可以在正常冷却水和冷热水难以到达的区域，这些区域没有空调运行过程中产生的水分进行清洗，更加容易产生污垢。除此之外，也可以设置相应的处理结构，在空调入风口处，设置相应的结构，用于存放相应的物质，对空气进行处理，可以根据相应的应用环境，存放能够吸收所处环境有害物质的化学物品，对于正常环境下的应用，也可以放置一些活性炭等来对灰尘进行吸附，减少进入空调制冷系统内部的污染物。
2.2 提高空调制冷系统的节能水平
空调制冷系统的节能是当今相关领域的热门话题，在进行设计时，应当考虑温差对空调运行的影响，温差容易对空调蒸发器造成影响，温差过大，会导致空调蒸发器效率降低，需要消耗更多的能源来实现对空调内部气体的调节。为了避免温差过大的影响，在进行空调蒸发器设计时，应当尽可能增添一些保温措施，保持蒸发器周围温度环境不会出现太大的变动，减少不必要的能源消耗。同时，还可以对空调冷凝管进行设计改进，空调冷凝管受室外环境影响较大，当今大部分空调冷凝管设计时对室外环境考虑不足，当室外温度过高时，冷凝管冷凝效率会较低，无法满足空调制冷系统的需求，需要消耗大量能源提高整体运行效率来弥补损耗。在进行设计时应当加强对冷凝管的温度检测，当冷凝管在高温环境下运行一段时间后效率降低，要及时进行冷凝管更换，减少能源浪费。
2.3 根据不同需求进行针对性系统设计
在进行空调制冷系统设计时，对于一些特殊环境下空调系统进行明确需求后再进行针对性设计，对于电力系统空调需求而言，需要明确空调运行电压需求，设计时添加相应的变电器来提高空调适应性。对于一些服务器冷却用的空调而言，在进行设计时则需要考虑制冷效率，可以适当提高功耗保障服务器正常运行。
3 结语
空调制冷系统在当今各个领域都应用普遍，人们的日常生活更是离不开，对空调制冷系统进行设计方面的改进有助于提高其应用水平，具有重大意义。
参考文献
[1]张建雪,张慧玲,马婧.云计算数据中心空调制冷系统浅析[J].信息通信,2018(8):128-130.
[2]杨媛媛.空调制冷系统节能设计的研究[J].住宅与房地产,2018(19):92.
