20kW天然气内燃机热电联供系统实验研究及经济性分析

摘要

为了提高天然气分布式热电联供系统余热利用效率，并为工程应用提供可靠技术参考，针对目前天然气热电（冷）联供技术研究多见于理论分析而少有应用实践研究的现状，自主搭建基于20kW天然气内燃机、烟气余热回收和缸套水余热回收的热电联供系统实验平台，测试了实验系统的热力学参数，分析了实验系统性能以及变工况特性，实验研究了20kW实验系统NOx排放特性，并以20kW实验系统为例分析了技术经济指标。 本文设计的20kW天然气内燃机热电联供系统采用烟气-水换热器和暖风器组合方式回收烟气余热和水循环供热方式回收缸套水余热的创新性技术，既可以深度回收烟气余热，又可以高效回收缸套水余热，并可以资源化回收凝结水。 针对20kW天然气热电联供系统进行缸套水余热回收性能、烟气余热回收性能、一次能源利用率、凝结水回收性能及变工况特性等的研究，结果表明：在额定工况下，实验系统缸套水余热回收热量为23.14kW，烟气余热回收热量为26.45kW，一次能源利用率为85.3%，相比于未采用烟气深度回收、循环水供热技术的热电联供系统，一次能源利用率提高13.7%，回收烟气中水蒸气的60%左右，凝结水回收量为8.97kg/h；随天然气内燃机组负荷的降低，排气温度和排气量线性下降，发电效率、缸套水余热利用率及烟气余热利用率均降低，一次能源利用率和相对节能率也随负荷的降低而降低。 采用国家标准规定的氮氧化物化学测量法-盐酸萘乙二胺分光光度法对实验系统 NOx排放特性进行实验研究，该方法测量更准确，结果表明：天然气内燃机从额定负荷降到50%额定负荷，NOx排放量几乎成线性降低，在无任何尾气处理装置情况下，天然气内燃机组额定工况NOx排放量为82.7mg/m3（5%O2）。 最后对20kW天然气热电联供系统进行了经济性分析，计算结果表明：实验系统总供暖面积817m2，其中热水供暖面积752m2，热空气供暖面积65m2；初投资6万元，投资回收期8.7a；此外，以华北地区采暖期为5个月的某100m2住宅为例，只考虑燃料消耗费用的情况下，对燃煤锅炉、燃气锅炉、天然气热电联供三种不同供暖方式进行采暖费用分析，天然气热电联供系统采暖费用是燃气锅炉采暖费用的1/3左右、是燃煤锅炉采暖费用1/2左右。

目录

第一个书签之前

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 天然气热电联供技术

1.2.1 天然气热电(冷)联供系统优点

1.2.2 天然气冷热电联供系统分类及结构组成

1.3 分布式能源技术发展现状

1.3.1 国外发展现状

1.3.2 国内发展现状

1.4 天然气冷热电联供系统研究现状

1.5 本文研究的主要内容与目的

第2章 20kW天然气内燃机热电联供系统设计研究

2.1 20kW天然气内燃机热电联供系统工艺流程

2.1.1 天然气热电联供系统流程概述

2.1.2 热电联供系统创新点

2.2 天然气热电联供系统创新性设计分析

2.3 20kW天然气内燃机热电联供系统介绍

2.3.1 实验系统组成

2.3.3 数据采集系统

2.4 烟气余热回收系统设计计算分析

2.4.1 气-气-水组合换热器换热量

2.4.2 气-气-水组合换热器整体布置

2.5 本章小结

第3章 20kW天然气内燃机热电联供性能及变工况分析

3.1 天然气内燃机热电联供系统性能评价指标

3.1.1 一次能源利用率

3.1.2 ?效率

3.1.3 相对节能率

3.2 天然气热电联供系统性能实验研究

3.2.1 天然气热电联供系统余热回收分析

3.2.2 天然气热电联供系统能效分析

3.2.3 天然气热电联供系统凝结水回收分析

3.3 天然气内燃机热电联供系统变工况分析

3.3.1 天然气热电联供系统主要设备变工况性能

3.3.2 天然气内燃机热电联供系统变工况性能

3.4 本章小结

第4章 20kW天然气热电联供系统NOx排放实验研究

4.1 NOx排放测量实验系统

4.2 NOx排放测量方法

4.2.1 盐酸萘乙二胺分光光度法

4.2.2 O2和RO2的测定

4.3 20kW天然气内燃机热电联供系统NOx排放分析

4.3.1 污染物排放评价

4.3.2 实验系统NOx排放测试

4.4 本章小结

第5章 天然气热电联供系统经济性分析

5.1 经济性分析的方法及指标

5.1.1 投资回收期

5.1.2 年度化费用

5.1.3 经济?效率

5.2 技术经济性分析

5.2.1 经济性计算

5.2.2 经济性影响因素

5.3 燃煤锅炉、燃气锅炉、天然气热电联供采暖费用分析

5.4 本章小结

第6章 全文结论及工作展望

6.1 主要结论

6.2 后期工作建议和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢