本文關(guān)鍵詞：基于內(nèi)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(guān)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(nèi)燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)以其良好的節(jié)能性、經(jīng)濟性和部分負荷特性而在建筑供能領(lǐng)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(nèi)燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的研究中,普遍側(cè)重于設(shè)計優(yōu)化和評價分析,對余熱梯級利用的內(nèi)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(wǎng)且上網(wǎng)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(nèi)燃機余熱梯級利用構(gòu)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(wǎng)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(nèi)燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)余熱梯級利用和并網(wǎng)優(yōu)化運行的理論。具體如下。首先,構(gòu)建了內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(wǎng)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(yīng)用進行了分析。然后,針對系統(tǒng)內(nèi)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(xué)角度推導(dǎo)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(jù);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(nèi)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(nèi)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(jié)合的煙氣余熱梯級利用制熱模式模型,仿真結(jié)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(nèi)燃機余熱驅(qū)動的混效吸收式制冷仿真模型,給出了其設(shè)計算法和非設(shè)計工況下的仿真算法。研究表明,混效吸收式制冷可以適應(yīng)內(nèi)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(jīng)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(nèi)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(guān)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(jié)果進行了對比。實驗結(jié)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(qū)動混效吸收式制冷能夠高效地利用內(nèi)燃機兩種不同余熱制冷。對比實驗和仿真結(jié)果,發(fā)現(xiàn)仿真模型能較好地預(yù)測多個性能參數(shù),能準確預(yù)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(shù)據(jù)同仿真結(jié)果仍存在一定的差異。最后,基于以上成果對內(nèi)燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的并網(wǎng)優(yōu)化運行進行了研究。建立了并網(wǎng)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(jié)構(gòu),研究了各設(shè)備的最優(yōu)節(jié)能運行策略和最優(yōu)經(jīng)濟運行策略,發(fā)現(xiàn)并網(wǎng)且上網(wǎng)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(wǎng)且上網(wǎng)”與“并網(wǎng)不上網(wǎng)”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(yīng)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(wǎng)價格比對系統(tǒng)“并網(wǎng)且上網(wǎng)”優(yōu)化運行的影響,為系統(tǒng)運行及有關(guān)部門政策制定提供了理論參考。
【關(guān)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(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)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(nèi)外研究現(xiàn)狀22-30
• 1.2.1 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的應(yīng)用情況22-23
• 1.2.2 冷熱電聯(lián)供余熱利用技術(shù)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(wǎng)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(yīng)用49-51
• 2.3.1 能量輸出域在獨立運行時的應(yīng)用49-50
• 2.3.2 能量輸出域在并網(wǎng)運行時的應(yīng)用50-51
• 2.4 本章小結(jié)51-53
• 第三章 內(nèi)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(xué)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(xué)下限分析61-71
• 3.3.1 解吸溫度下限的表達式推導(dǎo)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(jié)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(jié)75-77
• 第四章 內(nèi)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(nèi)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(shù)學(xué)模型80-82
• 4.1.3 煙氣余熱溫差發(fā)電的數(shù)學(xué)模型82-85
• 4.1.4 制熱模式下的仿真模型求解85
• 4.2 內(nèi)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(shù)學(xué)模型87-89
• 4.2.3 制冷模式下的仿真模型求解89-91
• 4.3 內(nèi)燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)制熱模式下的仿真結(jié)果分析91-95
• 4.3.1 全工況下的內(nèi)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(nèi)燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)制冷模式下的仿真結(jié)果分析95-101
• 4.4.1 余熱比對設(shè)計性能的影響分析95-96
• 4.4.2 內(nèi)燃機余熱與SPT的匹配分析96-97
• 4.4.3 設(shè)計工況下吸收式制冷參數(shù)的確定97-98
• 4.4.4 部分負荷率下的能量轉(zhuǎn)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(nèi)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(nèi)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(jié)107-109
• 第五章 內(nèi)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(nèi)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(shè)備參數(shù)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(diào)節(jié)策略113-114
• 5.2.3 數(shù)據(jù)處理方法114-116
• 5.2.4 數(shù)據(jù)誤差分析116-117
• 5.3 實驗結(jié)果分析117-126
• 5.3.1 內(nèi)燃機發(fā)電輸出的部分負荷特性117-119
• 5.3.2 內(nèi)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(jié)126-127
• 第六章 內(nèi)燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的并網(wǎng)優(yōu)化運行127-143
• 6.1 內(nèi)燃機型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)并網(wǎng)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(wǎng)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(jīng)濟運行策略132-134
• 6.3 制冷模式下的并網(wǎng)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(jīng)濟運行策略135-136
• 6.4 電力上網(wǎng)與不上網(wǎng)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(wǎng)優(yōu)化運行的影響139-141
• 6.5.1 能源價格比對經(jīng)濟優(yōu)化運行的影響140-141
• 6.5.2 并網(wǎng)電價比對經(jīng)濟優(yōu)化運行的影響141
• 6.6 本章小結(jié)141-143
• 第七章 總結(jié)與展望143-147
• 7.1 主要工作總結(jié)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(xué)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