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天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)熱力學(xué)分析
冷熱電三聯(lián)供是一種基于能源梯級(jí)利用概念上建立的集發(fā)電、制冷和供熱過程為一體的多聯(lián)供總能系統(tǒng)，以下是小編搜集整理的一篇探究天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)熱力學(xué)的論文范文，歡迎閱讀參考。
摘 要：天然氣先通過燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，再通過燃?xì)廨啓C(jī)排出的高溫?zé)煔獯偈刮帐街评鋭┕ぷ鳎M(jìn)行制冷，最后通過換熱器所回收的溫?zé)煔獾挠酂釋⑸钣盟訜幔@就是冷熱電三聯(lián)供方式，它突顯的是能源的充分利用，同時(shí)還能起到經(jīng)濟(jì)環(huán)保的作用，使得大力推廣和應(yīng)用。本文就對(duì)天然氣冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的熱力學(xué)進(jìn)行了研究和分析。
關(guān)鍵詞：天然氣;冷熱電三聯(lián)供;分布式能源;能量效率;煙效率
一、天然氣的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)及其運(yùn)行方式
冷熱電三聯(lián)供是一種基于能源梯級(jí)利用概念上建立的集發(fā)電、制冷和供熱過程為一體的多聯(lián)供總能系統(tǒng)。首先將燃料用于發(fā)電，然后將發(fā)電中所生成的高溫?zé)煔庾鳛橹评涞耐屏Γ詈髮煔庵羞�存有的余熱將生活用水加熱成熱水，因?yàn)樗軌蛟诤艽蟪潭壬蠈⒛茉醇右猿浞掷茫瑢⒛茉醇右猿浞掷茫瑫r(shí)節(jié)約能源，所產(chǎn)生的有害氣體排放量也很少，設(shè)備的利用率也會(huì)有所提高，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，所以對(duì)于那些需要同時(shí)使用冷熱電的場(chǎng)所是特別適用的，例如居民區(qū)、賓館以及辦公樓等，同時(shí)在夏季的用電高峰期期間，它能夠有效緩解電網(wǎng)超負(fù)荷運(yùn)行情況。天然氣的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的基本原理和運(yùn)行方式基本與上述保持一致。而且為了滿足不同的使用目的以及用戶具體所需負(fù)荷變化組合不同形式的燃料補(bǔ)充結(jié)構(gòu)，但其燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備、制冷系統(tǒng)以及供熱系統(tǒng)這個(gè)基本設(shè)備均會(huì)被保留。
二、冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的能量以及?的分析
(1)能量分析
這里對(duì)該系統(tǒng)的能源利用特性進(jìn)行分析所采用的方法是能量平衡法，為了便于分析，這里假設(shè)該系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)其設(shè)備效率也保持穩(wěn)定不變。天然氣的燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)在進(jìn)行發(fā)電的同時(shí)會(huì)將高溫?zé)煔馓峁┙o吸收式制冷機(jī)，此時(shí)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)Qf和Pe的關(guān)系應(yīng)該
Pe=Qfηe
其中ηe是由發(fā)電機(jī)性能所決定的發(fā)電效率，當(dāng)燃燒天然氣后的能量，一部分用作發(fā)電，一部分則被損耗用于散熱，剩余的則會(huì)被煙氣帶走。根據(jù)發(fā)電機(jī)能量平衡的關(guān)系可以得到Q1的關(guān)系式為
Q1=Qf(1-ηe-η1)
制冷劑的制冷量在單位時(shí)間內(nèi)的關(guān)系表示為
QC=Q1ηeε
其中ηc是高溫?zé)煔庀蛭帐街评鋭┲刑峁┑挠酂峄厥招剩?epsilon;是制冷劑制冷系數(shù)。而高溫?zé)煔饨?jīng)過制冷劑的能量關(guān)系式為
Q2=Q1(1-ηc-η2)，
當(dāng)制冷機(jī)將中溫?zé)煔馀湃氲綋Q熱器中，煙氣中的余熱將會(huì)被進(jìn)一步回收，并提供熱水，此時(shí)所用的熱量為
Qh=Q2ηh，
其中ηh為換熱器的回收效率。設(shè)定換熱器和制冷機(jī)的熱回收效率是吸收高溫?zé)煔獾臒崃颗c煙氣相對(duì)環(huán)境溫度的熱能之間的比值。當(dāng)不出現(xiàn)煙氣泄露，比熱容不變，兩者處于穩(wěn)定工作的熱回收效率為
該系統(tǒng)的能量利用效率則是有效能源與被消耗能源之間的比值為
(2)?分析
在制定環(huán)境狀態(tài)中，該系統(tǒng)對(duì)外做的最大有用功的能力就是?，通過對(duì)系統(tǒng)?的分析，可以對(duì)該系統(tǒng)的能量系統(tǒng)設(shè)計(jì)、性能評(píng)價(jià)等進(jìn)行了解，也就是分析該系統(tǒng)能量的最大工作效率，以及能量損失部位，對(duì)最大工作效率與實(shí)際工作之間存在的差別進(jìn)行判斷，進(jìn)而為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供優(yōu)化方向。對(duì)于天然氣的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)來說，通過?分析能夠準(zhǔn)確的將系統(tǒng)的工作狀態(tài)反映出來，同時(shí)?損失的部位及其量的大小也能加以確定。從系統(tǒng)的能量流程圖中可知，天然氣的?應(yīng)該是該系統(tǒng)所消耗的總?，通常也于天然氣的低燃燒值近似，定義為Qr。電能與電?是同等的，因此系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)的電?輸出為Ee=Pe，而制冷工質(zhì)從環(huán)境溫度冷卻到一定溫度的過程中也會(huì)吸收熱量，也就是制冷機(jī)輸出的制冷量，熱?與輸出制冷量的關(guān)系為
其中輸出冷量工質(zhì)的溫度為Tc。
換熱器加熱生活熱水的輸出熱?Eh為
對(duì)于系統(tǒng)的各部位損失?的主要原因是散熱和泄露，同時(shí)也是運(yùn)轉(zhuǎn)過程的不可逆性。
三、冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)的討論
該系統(tǒng)的工作效率應(yīng)該是由實(shí)際機(jī)器設(shè)備性能、具體運(yùn)行環(huán)境條件以及操作工況所決定的，不過就目前而言，使用的機(jī)器設(shè)備及其運(yùn)行環(huán)境大致一致，因此操作工況才是該系統(tǒng)效率的主要影響因素。操作工況主要涉及三種輸出負(fù)荷比以及各個(gè)環(huán)節(jié)所處環(huán)境溫度和壓強(qiáng)，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行的時(shí)候，煙氣中的壓強(qiáng)會(huì)比環(huán)境大氣壓略高1%，但是與溫度相比，壓強(qiáng)產(chǎn)生的變化影響到系統(tǒng)運(yùn)行熱力學(xué)性能的程度要小。將煙氣看做理想氣體，那么單位物質(zhì)量的煙氣中與壓強(qiáng)相應(yīng)的壓?和壓能應(yīng)該分別是RT0ln(p/p0)-p0(Vm0-Vm)和RT0ln(p/p0)，其中氣體常數(shù)為R，煙氣壓強(qiáng)為p，環(huán)境壓強(qiáng)為p0，當(dāng)前狀態(tài)的摩爾體積為Vm，寂態(tài)下摩爾體積Vm0。燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)的煙氣出口壓強(qiáng)通常都是1.02×105Pa，與出口煙氣溫度770K相比，壓能占總能的0.2%，壓?只占總?的0.005%。因此該系統(tǒng)主要是回收利用煙氣中的熱能，并且操作溫度對(duì)系統(tǒng)效率的影響最大。
從上述所列關(guān)系式中可以找到環(huán)境溫度、系統(tǒng)制冷量、供熱量、能量利用率以及?效率之間的關(guān)系，當(dāng)制冷機(jī)的制冷量與換熱器供熱量隨著環(huán)境溫度的上升而逐漸增加，環(huán)境溫度每上升10K，制冷量和供熱量均上升2%。當(dāng)制冷機(jī)的絕對(duì)增加量比換熱器供熱增加量高，那么就代表制冷過程用去了絕大部分的煙氣能量。而且隨著環(huán)境溫度的上升，系統(tǒng)的能力利用率和?效率也會(huì)隨之增加，這是因?yàn)闊崃亢屠淞慷继幱谠鲩L(zhǎng)狀態(tài)。而且當(dāng)環(huán)境溫度上升10K的時(shí)候，能量效率的增加倍數(shù)大約是0.014倍，同時(shí)?效率也會(huì)增加0.043倍。再結(jié)合?的定義來看，隨著環(huán)境溫度的上升，該系統(tǒng)的總?效率也會(huì)隨之增加。
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