车用生物燃气工程余热分析及利用方法研究

摘要

车用生物燃气工程在处理废弃物的同时，可产生清洁能源生物天然气，已引起各界的重视，发展前景广阔。但其运行过程仍存在系统能耗和运行成本较高的问题，提高工程余热利用率可有效减少系统用能及成本的投入。目前已有研究中，针对车用生物燃气工程余热分析及利用方法研究较少。本文基于工程实地调研和大量相关文献阅读，建立了一套集余热分析、计算及利用为一体的研究方法，并结合日产气为1万立方米的工程模型进行分析，主要研究内容和成果如下：
　　（1）针对工程余热分析，首先介绍系统的工程概况、工艺流程、基本用能和附近热用户等，明确系统余热和需热的分布情况。其次，对系统余热资源进行详细全面地统计分析，主要统计系统余热资源的分布、介质、温度、流量等信息。再次，归纳车用生物燃气工程余热的特点，最后，评价系统余热的可利用性，指明余热利用的方向。结果显示，车用生物燃气工程可利用余热主要包含塔顶气余热、贫液余热、压缩机冷却水余热、沼液余热和锅炉尾气余热。
　　（2）针对工程余热计算，以工业余热计算模型为基础，建立了车用生物燃气工程余热潜力的计算模型；结合系统需热建立了余热节能潜力模型。分析系统余热回收方式，建立可回收余热计算模型，为余热利用方案的建立奠定基础。余热回收方式分析显示，系统五种余热主要采用换热器和热泵进行回收利用。
　　（3）针对工程余热利用，利用热交换和热泵技术建立余热利用方案。首先，采用夹点分析方法对现行换热网络进行诊断分析，通过增添或减少换热器对现行换热网络进行改造和优化，建立余热利用方案，并计算换热网络优化后的节能率；其次，对于换热网络优化后未利用的余热，通过热泵技术进行热集成，优化余热利用方案；最后，结合优化的余热利用方案，建立节能性分析和经济性分析目标模型，验证余热利用方案的可行性与经济性。
　　（4）以国内的四个典型工程为基础，构建了日产气为1万立方米的工程模型；应用已建立的余热分析、计算及利用的方法，余热分析显示此类工程用能量大，占总产能的30.01%～36.44%；系统余热主要由塔顶气余热、贫液余热、压缩机余热、沼液余热和锅炉尾气余热五部分组成，其多为低品位余热。余热计算表明，在最冷月和最热月系统余热潜力分别为5.87×104MJ/d、4.79×104MJ/d，最大节能潜力分别为74.81%和73.92%。利用夹点分析和热泵技术，建立了余热利用方案。夹点分析得出，夹点温度为50℃，最小热公用工程热负荷为234.02kW，最小冷公用工程热负荷为201.25kW，最大节能率为60.19%；通过换热网络优化节能率可达19.75%；利用热泵技术对沼液余热和压缩机余热进行热集成，其节能率可达16.25%，系统总节能率为36%。经济性分析表明，系统改造后年节能最大收益为66.18万元；增加最小成本为271.05万元；最小投资回收年限为4.1年。
　　本课题创新点：
　　1）本文为提高车用生物燃气工程余热利用效率，降低系统能耗和运行成本，建立了一套集余热分析、计算和利用为一体的研究方法，为相关研究提供参考
　　2）结合工程调研，建立了日产气1万立方米的工程模型。通过对其进行余热分析和计算，明确余热分布和潜力，利用夹点分析和热泵技术集成，建立余热利用方案，并对其进行经济性分析，确定了方案的经济性与可行性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2相关研究现状

1.3当前研究现状存在的问题及对本文的启示

1.4本文研究的目标、内容和意义

1.5本章小结

第2章 车用生物燃气工程系统余热分析

2.1系统介绍

2.2系统余热统计分析

2.3系统余热可利用性评价及回收利用建议

2.4本章小结

第3章 车用生物燃气工程余热计算方法研究

3.1工业余热计算的基本方法

3.2系统余热潜力计算模型的建立

3.3系统余热节能潜力计算模型

3.4系统可回收余热分析计算

3.5本章小结

第4章 工程换热网络的优化和热泵集成

4.1系统换热网络的夹点分析

4.2换热网络的诊断和优化

4.3热泵集成优化

4.4本章小结

第5章 系统余热利用方案与经济性分析

5.1模型构建与统计分析

5.2系统余热计算

5.3系统余热利用方案设计

5.4本章小结

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2创新点

6.3展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的论文

附录B 攻读学位期间获奖情况