本文關鍵詞：基于內燃機余熱梯級利用的冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)特性及優(yōu)化運行研究

  更多相關文章： 冷熱電聯(lián)供 余熱梯級利用 混效吸收式制冷 煙氣余熱深度回收 優(yōu)化運行

【摘要】：內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)以其良好的節(jié)能性、經濟性和部分負荷特性而在建筑供能領域受到廣泛重視。但現(xiàn)有系統(tǒng)框架仍有不完善之處,制約了其性能的充分發(fā)揮和進一步提升�，F(xiàn)有針對內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的研究中,普遍側重于設計優(yōu)化和評價分析,對余熱梯級利用的內在熱力過程和匹配機制重視不夠。在余熱梯級利用方面,余熱制冷性能仍然不高,煙氣余熱熱利用的潛力未得到充分挖掘;在優(yōu)化運行方面,缺少對系統(tǒng)能量輸出特性的深入闡釋,缺少對系統(tǒng)并網且上網優(yōu)化運行策略和性能分布的研究。針對這些問題,本文基于內燃機余熱梯級利用構建了一類冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)框架,從能量輸出特性、熱力匹配機制、全工況性能仿真、實驗性能驗證和并網優(yōu)化運行等五個層次逐步展開了深入研究,形成了一套針對內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)余熱梯級利用和并網優(yōu)化運行的理論。具體如下。首先,構建了內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)框架并研究了其余熱梯級利用和能量輸出特性。對能量轉換過程進行了對比分析,論證了其余熱利用的潛力;基于能量轉換建立了系統(tǒng)能量輸出域模型,闡釋了從一維到二維的能量輸出域特性,分析了并網運行對系統(tǒng)能量輸出域的拓展作用;就能量輸出域在實際運行中的應用進行了分析。然后,針對系統(tǒng)內余熱梯級利用的熱力匹配問題進行了研究。研究了煙氣余熱深度回收降溫特性和不同夾點下的出水溫度范圍;對n級和n效吸收式制冷循環(huán)原理進行了闡釋,從熱力學角度推導出了解吸溫度下限表達式,為不同循環(huán)匹配不同品位的余熱提供了理論依據;通過對吸收式制冷循環(huán)進行綜合分析,論證了單、雙效循環(huán)對于內燃機兩種余熱梯級利用的合理性;進而對單、雙效耦合的混效吸收式制冷循環(huán)原理進行了研究,揭示了其在內燃機余熱匹配過程中的熱力制約機制。繼而,通過仿真研究了系統(tǒng)在制熱模式和制冷模式下的全工況特性。建立了煙氣余熱深度回收和溫差發(fā)電相結合的煙氣余熱梯級利用制熱模式模型,仿真結果發(fā)現(xiàn)該模式最高可提升16%的熱量輸出和1.18kw的電力輸出。建立了內燃機余熱驅動的混效吸收式制冷仿真模型,給出了其設計算法和非設計工況下的仿真算法。研究表明,混效吸收式制冷可以適應內燃機的全工況余熱特性,制冷cop處于0.77~0.96之間。對制熱模式和制冷模式的節(jié)能性和經濟性進行了評價。制熱模式下的esr和csr分別可達0.303和0.417,制冷模式下的esr和csr分別可達0.166和0.348,均較常規(guī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)有大幅提升。進而,開展了200kw發(fā)電量的內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)實驗驗證研究。對混效吸收式制冷機的運行特性進行了測試,研究了系統(tǒng)從開機到穩(wěn)定的動態(tài)運行過程及伴隨的若干現(xiàn)象,并揭示了相關機理。對五組發(fā)電工況下的制冷性能進行了實驗研究,并與仿真結果進行了對比。實驗結果顯示,最高余熱回收效率為0.77、最高發(fā)電效率為0.31。在157.5kw發(fā)電工況下,混效吸收式制冷量達188.76kw、制冷cop達0.911,證明雙源驅動混效吸收式制冷能夠高效地利用內燃機兩種不同余熱制冷。對比實驗和仿真結果,發(fā)現(xiàn)仿真模型能較好地預測多個性能參數,能準確預測性能變化趨勢;但因熱量損失和耗散,制冷量和cop的實驗數據同仿真結果仍存在一定的差異。最后,基于以上成果對內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的并網優(yōu)化運行進行了研究。建立了并網運行的非線性優(yōu)化模型,給出了基于遺傳算法的單目標求解算法�；诓煌呢摵山Y構,研究了各設備的最優(yōu)節(jié)能運行策略和最優(yōu)經濟運行策略,發(fā)現(xiàn)并網且上網優(yōu)化運行策略并不絕對遵從以熱定電,也并非總處于最大發(fā)電量工況。對比分析了“并網且上網”與“并網不上網”的最優(yōu)性能分布,發(fā)現(xiàn)前者不僅增大了系統(tǒng)對低負荷工況的適應能力,也能顯著提升系統(tǒng)的最優(yōu)性能指標值。分析了能源價格比和并網價格比對系統(tǒng)“并網且上網”優(yōu)化運行的影響,為系統(tǒng)運行及有關部門政策制定提供了理論參考。
【關鍵詞】：冷熱電聯(lián)供 余熱梯級利用 混效吸收式制冷 煙氣余熱深度回收 優(yōu)化運行
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TU83;TK115
【目錄】：

• 摘要5-8
• ABSTRACT8-15
• 符號說明15-19
• 第一章 緒論19-36
• 1.1 研究背景及意義19-22
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀22-30
• 1.2.1 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的應用情況22-23
• 1.2.2 冷熱電聯(lián)供余熱利用技術的研究現(xiàn)狀23-28
• 1.2.3 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)全工況特性的研究現(xiàn)狀28-29
• 1.2.4 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)優(yōu)化運行的研究現(xiàn)狀29-30
• 1.3 目前存在的問題30-33
• 1.4 本文的主要工作33-36
• 第二章 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的余熱梯級利用和輸出特性36-53
• 2.1 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的余熱梯級利用模型分析36-43
• 2.1.1 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的集成框架36-38
• 2.1.2 基于熱量因子的梯級利用模型38-40
• 2.1.3 余熱梯級利用潛力的對比分析40-43
• 2.2 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)能量輸出域研究43-49
• 2.2.1 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)能量輸出模型43-44
• 2.2.2 獨立運行時的能量輸出特性44-46
• 2.2.3 并網運行時的能量輸出特性46-47
• 2.2.4 零電能輸出時的能量輸出特性47-48
• 2.2.5 能量輸出域的性能臨界曲線48-49
• 2.3 能量輸出域在實際運行中的應用49-51
• 2.3.1 能量輸出域在獨立運行時的應用49-50
• 2.3.2 能量輸出域在并網運行時的應用50-51
• 2.4 本章小結51-53
• 第三章 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)余熱梯級利用熱力匹配特性53-77
• 3.1 煙氣余熱深度回收的熱力過程分析53-57
• 3.1.1 煙氣余熱深度回收的熱力學特性54-55
• 3.1.2 不同夾點溫差下的出水溫度分析55-57
• 3.2 吸收式制冷的熱力循環(huán)原理分析57-61
• 3.2.1 溴化鋰n級吸收式制冷原理57-59
• 3.2.2 溴化鋰n效吸收式制冷原理59-60
• 3.2.3 基于Gibbs相律的自由度分析60-61
• 3.3 吸收式制冷解吸溫度的熱力學下限分析61-71
• 3.3.1 解吸溫度下限的表達式推導62-65
• 3.3.2 n級與n效系統(tǒng)解吸溫度下限分析65-68
• 3.3.3 解吸溫度下限的對比驗證68-69
• 3.3.4 n級與n效吸收式制冷在余熱利用中的綜合分析69-71
• 3.4 吸收式制冷在冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中的熱力匹配71-75
• 3.4.1 單雙效結合的混效吸收式制冷原理71-73
• 3.4.2 混效吸收式制冷的熱力制約特性73-75
• 3.5 本章小結75-77
• 第四章 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的全工況性能仿真研究77-109
• 4.1 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)制熱模式下的仿真模型77-85
• 4.1.1 制熱模式下的物理過程抽象78-80
• 4.1.2 煙氣余熱深度回收的數學模型80-82
• 4.1.3 煙氣余熱溫差發(fā)電的數學模型82-85
• 4.1.4 制熱模式下的仿真模型求解85
• 4.2 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)制冷模式下的仿真模型85-91
• 4.2.1 制冷模式下的物理過程抽象85-87
• 4.2.2 混效吸收式制冷的數學模型87-89
• 4.2.3 制冷模式下的仿真模型求解89-91
• 4.3 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)制熱模式下的仿真結果分析91-95
• 4.3.1 全工況下的內燃機余熱特性91-92
• 4.3.2 全工況下的溫差發(fā)電特性92-94
• 4.3.3 全工況下的熱水輸出溫度分布94-95
• 4.4 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)制冷模式下的仿真結果分析95-101
• 4.4.1 余熱比對設計性能的影響分析95-96
• 4.4.2 內燃機余熱與SPT的匹配分析96-97
• 4.4.3 設計工況下吸收式制冷參數的確定97-98
• 4.4.4 部分負荷率下的能量轉換特性98-100
• 4.4.5 部分負荷率下的制冷循環(huán)特性100-101
• 4.5 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)仿真性能對比分析101-107
• 4.5.1 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)綜合評價指標101-102
• 4.5.2 制熱模式在全工況下的性能對比分析102-103
• 4.5.3 制冷模式在全工況下的性能對比分析103-106
• 4.5.4 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)初投資對比分析106-107
• 4.6 本章小結107-109
• 第五章 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)制冷模式下的實驗研究109-127
• 5.1 內燃機型冷熱電聯(lián)供制冷模式下的實驗系統(tǒng)109-112
• 5.1.1 實驗系統(tǒng)描述109-111
• 5.1.2 設備參數及規(guī)格111-112
• 5.2 實驗方法介紹112-117
• 5.2.1 啟動和停車策略112-113
• 5.2.2 實驗工況調節(jié)策略113-114
• 5.2.3 數據處理方法114-116
• 5.2.4 數據誤差分析116-117
• 5.3 實驗結果分析117-126
• 5.3.1 內燃機發(fā)電輸出的部分負荷特性117-119
• 5.3.2 內燃機余熱輸出的部分負荷特性119-121
• 5.3.3 混效吸收式制冷的動態(tài)特性分析121-123
• 5.3.4 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)特性的實驗與仿真對比123-126
• 5.4 本章小結126-127
• 第六章 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的并網優(yōu)化運行127-143
• 6.1 內燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)并網優(yōu)化運行模型127-131
• 6.1.1 概念模型的描述127-129
• 6.1.2 約束條件的建立129-130
• 6.1.3 基于遺傳算法的優(yōu)化求解130-131
• 6.2 制熱模式下的并網優(yōu)化運行策略131-134
• 6.2.1 制熱模式下的最優(yōu)節(jié)能運行策略131-132
• 6.2.2 制熱模式下的最優(yōu)經濟運行策略132-134
• 6.3 制冷模式下的并網優(yōu)化運行策略134-136
• 6.3.1 制冷模式下的最優(yōu)節(jié)能運行策略134-135
• 6.3.2 制冷模式下的最優(yōu)經濟運行策略135-136
• 6.4 電力上網與不上網時的最優(yōu)性能分布對比136-139
• 6.4.1 制熱模式下的最優(yōu)性能分布及對比136-138
• 6.4.2 制冷模式下的最優(yōu)性能分布及對比138-139
• 6.5 價格因素對并網優(yōu)化運行的影響139-141
• 6.5.1 能源價格比對經濟優(yōu)化運行的影響140-141
• 6.5.2 并網電價比對經濟優(yōu)化運行的影響141
• 6.6 本章小結141-143
• 第七章 總結與展望143-147
• 7.1 主要工作總結143-145
• 7.2 研究的創(chuàng)新性145-146
• 7.3 存在的問題及展望146-147
• 參考文獻147-155
• 攻讀博士學位期間發(fā)表論文、申請專利及所獲獎勵155-157
• 致謝157

【參考文獻】

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本文編號：917306