低温烟气热回收与蓄冷一体化CCHP系统研究

摘要

天然气基CCHP系统能够近距离解决建筑冷热电需求，但受限于酸露点，传统CCHP系统低温烟气余热无法利用，不仅降低了总能系统效率而且对环境产生较大热污染。因此为深度利用CCHP系统低温烟气余热，并缓解因夏季建筑冷负荷波动所导致的CCHP系统变工况效率低下问题，本研究提出一种低温烟气热回收与蓄冷一体化装置与常规CCHP系统相集成的新型CCHP系统。
　　该新型CCHP系统主要构成为燃气轮机、余热换热器、吸收式制冷主机、双工况制冷主机以及低温烟气热回收与蓄冷一体化装置（后简称三套管装置）。其中三套管装置的核心在于将低温烟气热回收与蓄冷进行一体化设计。为近一步分析三套装置的换热特性，理论推导三套管装置冬夏两季工况模式下换热计算公式，进而推导出三套管横截面尺寸、管内工质流速以及管长对出口温度的影响关系。研究结果表明，为了满足不同工质出口温度的要求，三套管内管管径不易过大，管内工质的流动状态应处于紊流状态，布置空间容许条件下尽量增加三套管长度。
　　为了从系统层面分析该新型CCHP系统热力性能，借助ASPEN PLUS流程模拟软件，建立该新型CCHP系统与传统CCHP参比系统的计算模型，分析冬夏两季工况时系统热力性能。模拟结果表明，与传统CCHP参比系统相比，该新型系统将冬季系统生活热水产量从14133 kg/h增加至406511kg/h，增幅186.64％，热效率从71.51％提升至82.46％，火用效率从41.7％提升至42.21％;夏季系统的蓄冷率为17.47％，冷量提升率（三套管装置最大释冷量与系统制冷主机的制冷量的比值）为95.7％。
　　为近一步分析关键参数对系统性能的影响，选择混合烟气温度，三套管内烟气流速、生活热水流速以及载冷介质流速作为系统集成关键参数，进行系统热力性能规律性分析。研究结果表明混合烟气的温度与流速的上升将导致系统热效率、系统蓄冷率以及冷量提升率的降低，系统火用效率的上升;生活热水流速的增加将导致系统热效率的增加而降低系统的火用效率，对系统的蓄冷率以及冷量提升率不产生影响;载冷介质的流速的增加将导致系统冷量提升率增加，降低三套管蓄冷释冷时间。
　　最终研究结果表明，该系统能够深度回收低温含硫烟气余热，将排放温度从150℃降低至36.6℃，系统总能效率提升近11个百分点，而且结构形式简单，实现容易，具有非常大的市场应用前景。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 CCHP系统应用现状和发展前景

1．2．1 CCHP系统应用现状

1．2．2 CCHP系统发展前景

1．3 CCHP系统现存问题

1．4 研究思路与内容

第2章 低温烟气热回收与蓄冷一体化CCHP系统

2．1 新型CCHP系统构架

2．1．1 燃气轮机子系统

2．1．2 吸收式制冷主机

2．1．3 双工况制冷主机

2．1．4 低温烟气热回收与蓄冷一体化装置——三套管装置

2．2 系统运行模式

2．2．1 冬季运行模式

2．2．2 夏季运行模式

2．3 系统特点及节能机理

第3章 三套管装置换热计算模型

3．1 建模假设条件

3．2 三套管换热计算方程

3．2．1 综合传热系数计算公式

3．3．2 工质进出口温度关联式

3．3 三套管关键设计参数

3．3．1 横截面尺寸对出口温度的影晌

3．3．2 工质流速对出口温度的影响

3．3．3 管长对出口温度的影响

第4章 新型CCHP系统热力性能计算

4．1 系统建模

4．2 系统初始参数设定

4．2．1 物料输入参数

4．2．2 流程控制参数

4．3 冬季工况计算结果分析

4．3．1 热效率评价指标

4．3．2 火用效率评价指标

4．4 夏季工况计算结果分析

4．4．1 系统蓄冷率

4．4．2 冷量提升率

第5章 关键参数对系统性能影响特性分析

5．1 混合烟气温度

5．2 烟气流速

5．3 生活热水流速

5．4 载冷介质流速

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表学术论文目录

攻读硕士学位期间所参与项目