采用天然氣的小型斯特林冷熱電三聯(lián)供關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用分析

【摘要】：能源的主要用途之一就是給用戶提供電力、采暖(衛(wèi)生熱水)和制冷等。以往的能源單獨(dú)供應(yīng)方式使能源利用效率不高。而小型冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)(CCHP)通過給用戶綜合提供這些能源,將一次能源“梯級(jí)利用”和“吃光用盡”,因此可以大幅度的節(jié)約能源,而且這些小型系統(tǒng)可以就近建設(shè),省卻了大規(guī)模線路建設(shè)和輸配電損失。因此,小型三聯(lián)供得到了各國政府的大力支持。另外,隨著天然氣或煤氣等清潔燃料的推廣利用,清潔能源的小型三聯(lián)供系統(tǒng)則被廣泛研究和重點(diǎn)推廣。 小型三聯(lián)供系統(tǒng)需要將一次能源轉(zhuǎn)化成電能的裝置,而斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)自從誕生那日起就引起了研究者的極大興趣,因?yàn)樗哂行矢摺⑽廴镜?、噪音低等?yōu)點(diǎn),所以,斯特林的小型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)特別適合于人口密度大的城市。 在斯特林的三聯(lián)供系統(tǒng)中,由于三聯(lián)供的制冷系統(tǒng)的選擇不同,使三聯(lián)供系統(tǒng)輸出的電能、熱能和冷能所占的比例不同,而熱能、電能、冷能的能量“品位”不同,無法將它們直接比較,因此本文提出將這些形式的能源轉(zhuǎn)化為“一次能源利用率”這個(gè)統(tǒng)一指標(biāo),在此基礎(chǔ)上分析了基于斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)組成的三聯(lián)供系統(tǒng)的節(jié)能性。但一次能源利用率還只是對(duì)它們進(jìn)行的靜態(tài)分析,還不能得到完整的結(jié)論,因此本文還對(duì)這些方案進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性分析及敏感性分析。最后確定了斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的三聯(lián)供組成方案。 顯然,斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)是三聯(lián)供系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備,雖然國內(nèi)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)已經(jīng)成熟,但還沒有以天然氣為燃料的斯特林發(fā)動(dòng)機(jī),因此,需要為斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)開發(fā)天然氣燃燒系統(tǒng)。斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室有其特殊性,其燃燒器要求結(jié)構(gòu)緊湊,溫度場分布均勻,而且燃燒效率高、排放低、燃燒穩(wěn)定。燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是項(xiàng)復(fù)雜的工作,本文結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù),對(duì)燃燒部件進(jìn)行優(yōu)化,完成燃燒器初步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),然后對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)模擬,了解燃燒室內(nèi)的燃燒過程和排放情況,最后開發(fā)了斯特林的天然氣燃燒器。對(duì)燃燒器進(jìn)行的裝機(jī)試驗(yàn)表明,斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到了較高效率,在低工況時(shí)排放較低,高工況時(shí)NOx上升較快。為了進(jìn)一步降低排放,根據(jù)排放抑制原理, 【關(guān)鍵詞】：斯特林發(fā)動(dòng)機(jī) 冷熱電聯(lián)供 一次能源利用率 經(jīng)濟(jì)性 天然氣 低NO_x燃燒器 運(yùn)行方式
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：TK019
【目錄】：

• 第1章 緒論12-27
• 1．1 引言12-14
• 1．2 國內(nèi)外冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀14-22
• 1．2．1 用于聯(lián)供的小型/微型燃?xì)廨啓C(jī)15-17
• 1．2．2 用于聯(lián)供的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)17-18
• 1．2．3 用于聯(lián)供的燃?xì)馔馊紮C(jī)18-19
• 1．2．4 用于聯(lián)供的燃料電池19-21
• 1．2．5 三聯(lián)供系統(tǒng)中制冷系統(tǒng)的選擇21-22
• 1．3 天然氣燃燒器研究的現(xiàn)狀和進(jìn)展22-24
• 1．3．1 國內(nèi)外斯特林天然氣燃燒器研究現(xiàn)狀22
• 1．3．2 氣體燃燒過程22-23
• 1．3．3 燃燒技術(shù)的研究方法23-24
• 1．3．4 湍流燃燒數(shù)值模擬進(jìn)展24
• 1．4 本文所作的工作24-27
• 第2章 小型斯特林冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的分析27-58
• 2．1 斯特林原理及配套制冷系統(tǒng)原理27-34
• 2．1．1 斯特林循環(huán)原理27-30
• 2．1．2 溴化鋰吸收式制冷機(jī)原理30-32
• 2．1．3 除濕空調(diào)原理32-33
• 2．1．4 壓縮式熱泵33-34
• 2．2 小型斯特林冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能性分析34-44
• 2．2．1 一次能源利用率的概念34-36
• 2．2．2 小型斯特林聯(lián)供系統(tǒng)的一次能源利用率分析36-44
• 2．3 小型斯特林冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析44-48
• 2．3．1 回收期法44-46
• 2．3．2 凈現(xiàn)值比較46-48
• 2．4 小型斯特林冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的敏感性分析48-56
• 2．4．1 對(duì)天然氣價(jià)格的敏感性48-51
• 2．4．2 對(duì)電價(jià)的敏感性51-53
• 2．4．3 年運(yùn)行時(shí)間的敏感性53-54
• 2．4．4 對(duì)衛(wèi)生熱水負(fù)荷的敏感性54-55
• 2．4．5 對(duì)設(shè)備使用年限的敏感性55-56
• 2．5 各個(gè)方案的分析比較56-57
• 2．6 本章小結(jié)57-58
• 第3章 斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)58-115
• 3．1 燃燒器設(shè)計(jì)概述58-63
• 3．2 斯特林的天然氣燃燒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬63-94
• 3．2．1 斯特林燃燒器的設(shè)計(jì)要求63-67
• 3．2．2 湍流燃燒的數(shù)學(xué)模型67-79
• 3．2．2．1 數(shù)值模擬的意義67-68
• 3．2．2．2 燃燒過程滿足物理和化學(xué)的基本定律68
• 3．2．2．3 湍流的模擬68-70
• 3．2．2．4 燃燒模型70-73
• 3．2．2．5 輻射模型73-76
• 3．2．2．6 多孔介質(zhì)內(nèi)的能量方程76
• 3．2．2．7 基本方程的離散及求解76-78
• 3．2．2．8 NO_x的生成與預(yù)測(cè)模型78-79
• 3．2．3 空氣預(yù)熱器的設(shè)計(jì)79-86
• 3．2．4 燃燒器的燒嘴部件設(shè)計(jì)和優(yōu)化86-88
• 3．2．4．1 旋流器設(shè)計(jì)和優(yōu)化86-87
• 3．2．4．2 燃燒器噴嘴設(shè)計(jì)和優(yōu)化87-88
• 3．2．5 燃燒器的數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)88-94
• 3．2．5．1 計(jì)算域、網(wǎng)格及邊界條件88-91
• 3．2．5．2 數(shù)值模擬結(jié)果及分析91-94
• 3．3 擴(kuò)散燃燒器的實(shí)驗(yàn)94-104
• 3．3．1 燃燒實(shí)驗(yàn)的測(cè)量手段94-100
• 3．3．2 燃燒實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和分析100-104
• 3．4 污染物的生成機(jī)理和抑制污染物排放的方法104-109
• 3．4．1 燃燒過程中NO_x的生成途徑104-105
• 3．4．2 降低NO_x排放的方法105-107
• 3．4．3 一氧化碳的生成和抑制107-109
• 3．5 低排放的燃燒器設(shè)計(jì)和數(shù)值模擬109-114
• 3．5．1 低排放的燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)109-111
• 3．5．2 低排放的燃燒器的數(shù)值模擬和分析111-114
• 3．6 本章小結(jié)114-115
• 第4章 小型斯特林三聯(lián)供的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)115-122
• 4．1 小型斯特林三聯(lián)供實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成115-117
• 4．2 小型三聯(lián)供系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量117-119
• 4．3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析119-121
• 4．4 本章小結(jié)121-122
• 第5章 冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)用戶運(yùn)行方式分析122-142
• 5．1 典型用戶能源負(fù)荷比例分析122-123
• 5．2 不同季節(jié)、時(shí)間的負(fù)荷統(tǒng)計(jì)和分析123-130
• 5．2．1 賓館負(fù)荷統(tǒng)計(jì)123-127
• 5．2．2 全年各季度用熱、用電負(fù)荷運(yùn)行分析127
• 5．2．3 日平均用熱和用電負(fù)荷運(yùn)行規(guī)律分析127
• 5．2．4 用戶熱負(fù)荷設(shè)備配置分析127-129
• 5．2．5 用電負(fù)荷分析129
• 5．2．6 系統(tǒng)方案配置129-130
• 5．3 系統(tǒng)的運(yùn)行模式分析130-139
• 5．3．1 數(shù)學(xué)模型131-132
• 5．3．2 模式一運(yùn)行方式分析132-135
• 5．3．3 模式二運(yùn)行方式分析135-139
• 5．4 兩種運(yùn)行方式的比較139-141
• 5．5 本章小結(jié)141-142
• 第6章 系統(tǒng)運(yùn)行控制策略和控制參數(shù)142-146
• 6．1 系統(tǒng)總體控制策略142-143
• 6．2 電負(fù)荷的控制143-144
• 6．3 熱(生活熱水)的控制144
• 6．4 冷負(fù)荷的控制144-145
• 6．5 本章小結(jié)145-146
• 結(jié)論146-148
• 參考文獻(xiàn)148-156
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果156-157
• 致謝157

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碟式太陽能吸熱器的性能實(shí)驗(yàn)研究    李珍

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)活塞桿密封結(jié)構(gòu)與材料研究    高貴

太陽能加熱的三級(jí)恒溫沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行策略優(yōu)化研究    沈佳悅

高溫空氣燃燒回流混合模型研究    王力軍,蔡九菊,鄒宗樹

關(guān)于我國發(fā)展先進(jìn)燃煤發(fā)電技術(shù)的建議    章名耀，李大驥，蔡寧生，徐益謙

熱、電、冷三聯(lián)供應(yīng)用分析    杜塏,錢瑞年,楊思文

燃煤燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)關(guān)鍵技術(shù)研究    楊道剛,李守玉

熱電冷聯(lián)產(chǎn)節(jié)能效果的研究    顧昌,向先好,李培生,王文

湍流射流擴(kuò)散火焰中NOx排放量的數(shù)值模擬    林洪昌,陳義良,趙巍

邊界條件對(duì)徑向湍流射流的影響的計(jì)算研究    呂盤明

紊流燃燒模型數(shù)值與實(shí)驗(yàn)研究    趙堅(jiān)行，易勇

湍流燃燒的新二階矩模型    周力行

以現(xiàn)有熱電廠為基礎(chǔ)發(fā)展熱電冷三聯(lián)產(chǎn)提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性    周振起,郝翠田

區(qū)域冷熱聯(lián)供系統(tǒng)能耗估算方法研究    張強(qiáng);陳君燕;

燃?xì)饫錈犭娐?lián)供在公共建筑中的應(yīng)用    張開翼;陳霖新;

分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)與能量調(diào)度    孫志高;郭開華;

太陽能中高溫利用技術(shù)和斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)通過驗(yàn)收    

太陽能斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展    陳幼松;

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)天然氣擴(kuò)散燃燒的數(shù)值分析和試驗(yàn)    汪海貴,朱辰元,薛飛,劉京,閻珽

消息報(bào)導(dǎo)    

第二屆國際斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)議在上海舉行    王云祥;

斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)在水下用從海水中提取的氧工作的可能性    郭自強(qiáng)

天然氣在空調(diào)供熱中的應(yīng)用分析    孫志高

燃?xì)鈾C(jī)驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)展前景    盛凱夫,饒如鱗

基于熱氣機(jī)的熱電冷三聯(lián)供方案比較與分析    孔祥強(qiáng);李瑛;李華;

提高天然氣汽車的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性    李永昌;

加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行調(diào)整 提高鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性    陳立明;

對(duì)外供熱汽源運(yùn)行方式對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響分析    陳潔;李巖;

從經(jīng)濟(jì)性角度看抽水蓄能電站站址選擇    邱彬如;

太陽能熱水系統(tǒng)與熱泵熱水系統(tǒng)的比較分析    黃濤;袁東立;程洪濤;

內(nèi)燃機(jī)磨合的研究    劉淑香;

成組夾具的應(yīng)用及設(shè)計(jì)    喻志勇;

關(guān)于熱電廠夏季供熱量的利用——熱電冷三聯(lián)產(chǎn)    孫英;

企業(yè)集團(tuán)內(nèi)部資本市場經(jīng)濟(jì)性與財(cái)務(wù)資源配置    李化;

經(jīng)濟(jì)性與動(dòng)力性——平衡中的雙贏    林森

工信部公示油耗圣達(dá)菲經(jīng)濟(jì)性最佳    晶晶

堅(jiān)持統(tǒng)戰(zhàn)性 突出經(jīng)濟(jì)性    記者 沙志鴻

常隆純電動(dòng)客車突出經(jīng)濟(jì)性    文虎

2009年短線經(jīng)濟(jì)性旅游受歡迎    本報(bào)記者 高莎

煤制清潔能源中長期仍具經(jīng)濟(jì)性    黃玉峰

“安全性”取代“經(jīng)濟(jì)性”成重中之重    記者 李毅

地下采鹵經(jīng)濟(jì)性存疑 鴻豐鉀肥借殼高新發(fā)展迷霧重重    記者 阮曉琴　宋元東

對(duì)客戶經(jīng)濟(jì)性的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用    周衛(wèi)東

像重視安全性一樣重視藥物經(jīng)濟(jì)性    戴緒霖

采用天然氣的小型斯特林冷熱電三聯(lián)供關(guān)鍵技術(shù)研究和應(yīng)用分析    汪海貴

1kW斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究及熱力學(xué)分析    楊泰蓉

碟式聚光太陽能熱發(fā)電系統(tǒng)用斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)的研制    李鐵

生物質(zhì)燃料乙醇企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式研究    李勝

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)微型冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)集成式熱管理器的研究    皇甫藝

民用飛機(jī)全壽命維修成本控制與分析關(guān)鍵問題研究    吳靜敏

工程車輛三參數(shù)最佳換擋規(guī)律及控制方法研究    崔功杰

微型燃?xì)廨啓C(jī)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)集成與性能仿真研究    楊錦成

甲醇制烯烴（MTO）反應(yīng)過程研究    齊國禎

?；⒅橛谰眯员貕δ?fù)合剪力墻結(jié)構(gòu)體系研究    劉元珍

好望角型船舶市場及船型研究    董國松

船舶營運(yùn)航速的優(yōu)化分析    張署

我國開展效益審計(jì)的對(duì)策研究    王碩

中國政府績效審計(jì)研究    王曉錦

我國政府績效審計(jì)應(yīng)用研究    李艷

縣級(jí)審計(jì)機(jī)關(guān)績效審計(jì)體制創(chuàng)新研究    曾步望

我國公共工程投資項(xiàng)目績效審計(jì)問題研究    馬麗萍

分眾傳播價(jià)值論    邸揚(yáng)

構(gòu)建責(zé)任政府的重要途徑    蔣琳

基于經(jīng)濟(jì)性的發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線維修決策理論研究    高峰