0 引言
1 系统介绍
Fig. 1 Flowsheet (a) and T-S diagram (b) of the circulating flash heat pump steam generator system图1 闪蒸循环式热泵蒸汽系统工作流程图(a)和温-熵(T-S)图(b) |
Fig. 2 Flowsheet (a) and T-S diagram (b) of the direct evaporative heat pump steam generator system图2 直接蒸发式热泵蒸汽系统工作流程图(a)和T-S图(b) |
2 数学模型
2.1 模型假设
2.2 物性参数
Table 1 Basic physical properties of R245fa and R718表1 R245fa和R718工质的基本物性 |
工质 | 相对分子量 | 沸点/℃ | 临界温度/℃ | 临界压力/kPa | 消耗臭氧潜能值 | 全球变暖潜能值 |
---|---|---|---|---|---|---|
R245fa | 134 | 15.3 | 154.00 | 3 650 | 0 | 1 030.0 |
R718(水) | 18 | 100.0 | 373.95 | 22 060 | 0 | 0.2 |
Table 2 Calorific value and carbon emission factors of major energy sources表2 主要能源的热值和碳排放因子 |
燃料 | 单位热量 | CO2碳排放因子 |
---|---|---|
标准煤 | 29 307 kJ/kg | 2.77 kg/kg |
天然气 | 33 500 kJ/m³ | 2.29 kg/m³ |
电能 | 3 600 kJ/(kW∙h) | 0.584 kg/(kW∙h) |
2.3 质量及能量守恒
2.4 㶲平衡方程
2.5 热泵性能评价参数
2.6 经济性评价指标
3 热力性能及经济性分析
3.1 模型计算与典型工况性能
Table 3 Input values of the typical parameters表3 主要输入参数值 |
典型工况参数 | 输入值 |
---|---|
环境温度T0 | 20 ℃ |
环境压力P0 | 101.3 kPa |
物料入口流量m0 | 1 kg/s |
冷凝温度Tcond | 85 ~ 110 ℃ |
冷媒压缩机吸气过热度Tssh | 5 ℃ |
冷凝器出口过冷度Tdsc | 10 ℃ |
循环倍率Pr | 75 |
补给水温度T1 | 25 ℃ |
热源水入口温度Thsw | 50 ~ 70 ℃ |
蒸汽出口温度Tout | 150 ~ 165 ℃ |
冷媒压缩机等熵效率ηrefc | 0.70 |
蒸汽压缩机等熵效率ηstec | 0.65 |
循环泵效率ηpump | 0.60 |
燃气锅炉效率ηgb | 0.92 |
燃煤锅炉效率ηcb | 0.81 |
3.2 CF-SGHP和DE-SGHP系统性能对比
Fig. 3 Comparative performance analysis of two heat pump generator steam systems图3 两种热泵蒸汽系统的性能对比分析 |
3.3 SGHP与Gas-B和Coal-B的经济性区间分析
Fig. 4 Economic curves of two SGHP vs. Gas-B at different steam supply temperatures图4 不同供汽温度下两种SGHP与Gas-B的经济性曲线图 |
Fig. 5 Economic curves of two SGHP vs. Coal-B at different steam supply temperatures图5 不同供汽温度下两种SGHP与Coal-B的经济性曲线图 |
Fig. 6 Economic curves of two SGHP vs. Gas-B at different heat source temperatures图6 不同热源温度下两种SGHP与Gas-B的经济性曲线图 |
Fig. 7 Economic curves of two SGHP vs. Coal-B at different heat source temperatures图7 不同热源温度下两种SGHP与Coal-B的经济性曲线图 |
4 典型城市的SGHP经济性分析
4.1 节能率分析
Table 4 Energy price in typical cities表4 典型城市的能源价格表 |
项目所在城市 | 天然气/(元/m3) | 煤炭/(元/kg) | 电力/[元/(kW∙h)] | 气电比 | 煤电比 |
---|---|---|---|---|---|
北京 | 2.87 | 1.147(天津港) | 0.74 | 3.88 | 1.55 |
上海 | 3.15 | 1.789(温州) | 0.73 | 4.32 | 2.45 |
广州 | 3.80 | 1.698 | 0.73 | 5.21 | 2.33 |
郑州 | 2.80 | 1.160 | 0.77 | 3.64 | 1.51 |
重庆 | 2.37 | 1.360 | 0.61 | 3.88 | 2.23 |
Fig. 8 Energy saving rates of SGHP vs. Gas-B in typical cities under different steam supply temperatures图8 不同供汽温度下典型城市的SGHP相比Gas-B的节能率 |
Fig. 9 Energy saving rates of SGHP vs. Coal-B in typical cities under different steam supply temperatures图9 不同供汽温度下典型城市的SGHP相比Coal-B的节能率 |
4.2 减碳率分析
Fig. 10 Emission reduction rates of SGHP vs. boiler systems at different steam supply temperatures图10 不同供汽温度下SGHP与锅炉系统的减排率 |