燃气内燃机分布式能源系统的热力学分析_张杰
燃气燃烧过程效率的热力学分析
燃气燃烧过程效率的热力学分析天津大学管理学院（３０００７２）项凌１引言燃气和液体、固体燃料相比，具有使用方便、便于控制、效率较高等优点，燃气作为能源在各个方面均得到广泛应用。
尤其是天然气的性质更为优越，而且在城市燃气的构成中，其比例越来越大，因此，本文主要对天然气作为能源利用燃烧过程的效率进行了计算与分析。
由于各种过程的差别较大，数据来源的基准不一，错误之处，敬请指正。
２天然气燃烧利用的过程２．１天然气发电天然气发电包括蒸汽透平发电、燃气轮机发电以及天然气－蒸汽联合循环发电。
天然气蒸汽透平发电是以天然气锅炉产生的水蒸气作为工作介质，通过兰肯循环将热能转化为机械能发电的过程。
随着高参数蒸汽（蒸汽压力２４．１ＭＰａ，温度５３８℃￣５６６℃）发电装置以及大容量机组的开发，燃天然气的蒸汽发电机组的热效率已达４０％以上。
燃气轮机发电是采用空气和燃烧气体为工作介质的布雷敦循环，其特点是可以实现较高温度的热能利用，燃气轮机入口气体温度达１３００℃。
其缺点是排气温度较高，达５００℃￣６００℃，热利用率低，１１００℃级的燃气轮机发电热效率约２９％，１３００℃级的热效率约３３％，１５００℃级的热效率约３８％。
天然气联合循环发电是将朗肯循环与布雷敦循环结合起来，利用天然气燃烧过程高温能量通过燃气轮机发电和利用低度区能量发生蒸气通过蒸汽轮机发电的组合，使蒸汽发电高温化的制约被减轻，燃气轮机排气的能耗减少。
联合循环发电的主要优点是整体循环有用能效率高、环境污染少、占地少、投资低。
２．２天然气供热天然气供热包括天然气锅炉直接供热、天然气热电或热电冷联产供热以及天然气热泵制热。
天然气锅炉直接供热是指将天然气燃烧热量单纯供蒸汽锅炉或热水锅炉，以生产蒸汽或热水进行区域供热的过程。
燃气锅炉有火管式锅炉与水管式锅炉之分。
火管式锅炉中烟气通过锅炉的管程，水走管外锅炉的壳程。
水管式锅炉则反之。
中小型燃气锅炉多采用火管式锅炉，当锅炉蒸发量大于２０ｔ／ｈ和工作压力较高时，多采用火管式锅炉。
微燃机分布式能源系统的热力学分析
式 中 ： 为 空 气 物 理 热 ， ｗ ； 为 天 然 气 物 理 热 ， Ｑ ｋ Ｑ ｋ ； 为天然 气 低 热值 ，Ｊ Ｎｍ。Ｖ ｗ Ｈ ｋ／ ； 为 天 然 气 流量 ，
ｍ。 ｓ 标准 状态 ） Ｅ为发 电量 ， ｗ ； 为供 热 量 或 制 ／（ ； ｋ Ｑ， 。
冷 量 ， ｗ ； 为废 气带 走 热 量 ，ｗ ； 机 组 冷 却散 ｋ Ｑ ｋ Ｑ 为 热 ，ｗ ； 为其 它热损 失及 误差 ， Ｗ 。 ｋ Ｑ ｋ 系统 的能量 利用率 为 ：
％ [ 2]
。
同济 大 学 与 意 大利
S
交 流
翘 力 第 发 37 电 卷
国 土 资源 部 合 作 在 该 校 组 建 了 微 燃 机 D E 置 开 展 面 向用 户 的微 燃 机
，
试验装
。
冷却 水 9 e 8 单 效 吸 收式 制 冷机 组
D E S
应 用 与 优化研 究
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微燃机
微燃机
行参 数 。微燃 机 润滑 油 冷 却空 气 流量 为 ０ ９ ｋ ／ ， ． ｇ ｓ 温 升为 ３ ０℃ ； 大单 效 吸收式 制冷 机组 的额定 供热 量为 远
微燃 机 的热力 学 过 程 可 近 似 如 下 ： 气 机 和燃 压
１ ０ｋ ， 热时 供 、 ４ ｗ 供 回水 温度分别 为 ５ ０℃ 和 ４ ３℃ ， 额 定制 冷量 为 １ ０ｋ ， １ ｗ 制冷 时 供 、 回水 温 度 分 别 为 ７℃
机
。
以来 微 燃 机 即在 小 型 D E S 领 域 得 到 了推 广应 用
美
微燃 机 的轴 系为单轴设 计 故 障率较低 安 装 维 护
燃气内燃机在分布式能源领域的应用_2016 - V3_PRINTOUT
GE：一家拥有创新基因的公司
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Ivar Giaever于荣获诺贝尔物理学奖）
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GE分布式能源方案关注于效率，燃料类型及灵活的应用
28
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Cooling
Loss
9
天然气分布式能源广泛适用于能源密集型设施
• 工业生产制造商 - 化工、炼油、纸浆和造纸、 食品加工、玻璃制造、水泥、钢铁企业
市政场所、设施 • 医院和学校 - 高校、医院 • 商业地产和楼宇 - 酒店、机场、高新技术园 区、经济开发区、大型写字楼、疗养院等 天然气分布式能源站 • 市政场所和设施 -集中供热系统,污水处理设 施 • 数据中心 – 企业数据中心，互联网数据中心
最先进的往复式燃气内燃机制造水平！
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燃气内燃机技术发展方向 — 高效低排
效率高、排放低、经济环保
提高效率: 1. 采用高增压技术，进一步提高充气压力和强化内燃机平均有效压力；
分布式能源站项目燃气轮机及内燃机选择比较
分布式能源站项目燃气轮机及内燃机选择比较摘要：本文介绍了分布式能源站的定义，内燃机的优缺点。
从排放标准、综合效率、热电比、机组规模等比较了燃气轮机和内燃机的选择。
热电比大、机组规模大、排放要求高的项目适合于采用燃气轮机配置；运行方式灵活、热电比低、机组规模小的项目适用于采用内燃机配置。
根据具体工程的特点采用不同的燃气发电装置，以便获得更好的经济效益和社会效益。
1.分布式能源的定义分布式能源是一种建在用户端的能效高、节能、环保的能源供应方式，目前许多发达国家已可以将分布式能源综合利用效率提高到70-90%以上，大大超过传统用能方式的效率。
我国对“分布式能源”的定义为：（1）利用天然气为燃料（2）通过冷热电分布式能源等方式实现能源的梯级利用（3）综合能源利用效率在70%以上（4）在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式。
热电联产系统的核心设备是燃气发电装置，目前主要有燃气轮机和内燃机两大类型。
燃气轮机又分为重型燃气轮机和轻型燃气轮机，燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机又可组成联合循环。
由于全球经济和科学技术的高速发展，国际上主要的燃气发电装置的制造公司近十年来不断兼并、合资、转型，同时新产品又相继上市。
因此，热电联产建设过程中必须充分注意到这一点，根据工程的特点采用不同的燃气发电装置，以便获得更好的经济效益和社会效益。
1.内燃机的优缺点内燃机的优点是：1）高效率，燃气内燃机的效率明显高于燃气轮机，如图2-1所示。
图2-1内燃机效率与其他机组效率比较2）采用先进的稀薄燃烧发动机的燃气内燃机在环境温度40℃内均不会由于气温升高有任何功率下降。
3）单台机组可以在100～50%负荷变化范围内稳定运行如图2-2所示。
4）几乎不受启停次数的影响，频繁的启停只会影响到少数部件，多台机组并行时，可以按照需要任意启停任何一台或多台机组，从而保证在机组维护期间不间断运行。
5）内燃机的自耗电低，燃气进气压力低于燃气轮机，启动时间短于燃气轮机，大修周期长于燃气轮机。
天然气分布式系统热(冷)-电比对系统运行的影响研究
天然气分布式系统热(冷)-电比对系统运行的影响研究王维;杨志丹;康楠【摘要】天然气分布式是以小型燃气轮机、微型燃气轮机和燃气内燃机为驱动的分布式能源系统.因原动机的特性不同,所产生的余热形式和品位也不尽相同,这导致不同的分布式系统热(冷)-电比的可调范围、系统效率和系统节能率等评价指标都有较大区别.本文根据适用于天然气分布式系统机型的实际运行参数进行了深入研究,探索三类天然气分布式系统各自的特点和适于应用的情况.结果表明:小型燃气轮机系统对外输出的热(冷)-电比最高可达2左右,其他两种系统最高只能达到1左右.燃气内燃机系统效率是三种系统中最高的可达83.5％;小型燃气轮机分布式系统效率整体略低于燃机内燃机分布式系统最高,达到72.9％;微型燃气轮机的系统效率与另外两种系统相比相差很多,最高只能达到59.8％.三种系统的系统节能效率情况与系统效率类似.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2015(033)003【总页数】5页(P230-234)【关键词】天然气分布式;热(冷)-电比;系统效率;系统节能率【作者】王维;杨志丹;康楠【作者单位】哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;中国船舶重工集团公司第七○三研究所,黑龙江哈尔滨 150001;吉林医药设计院有限公司,吉林长春130000【正文语种】中文【中图分类】TK470 引言天然气分布式能源系统是指以天然气为原动机燃料，通过冷、热、电三联供等方式，实现能源的梯级利用的能源输出系统。
除了区域供电外，还能为用户提供制冷、采暖、生活用热水等能源需求［1］。
在大大的减少了远程电网输配电的能量消耗的同时，实现了能源的梯级利用，使燃料的利用率达80%左右。
目前许多发达国家都十分重视天然气分布式能源的应用和研究，目标是为了将能源利用和环保水平提高到更高层次。
早在1978 年，美国就已经开始提倡发展天然气分布式能源系统。
1999 年美国提出了“CCHP 创意”和“CCHP2020 年纲领”，该计划拟在20 年内大力推广以天然气为代表的分布式冷热电联产系统［2］。
分布式能源系统热力学分析
式 中 ： Ｈ 分 别 为 工 质 （ 或 空 气 、 然 气 、 气）在 Ｔ、０ 的 焓 ， Ｈ、 。 水 天 排 Ｔ下
了 上个 世 纪 七 十 年 代 在 国 外 发 展 起 来 的 第 二 代 能 源 技 术 ， 主 要 特 征 其 是 分 散化 、 型 化 、 元 化 。 与 传 统 的 集 中 式 供 能 系统 相 比 ， 布 式 能 小 多 分
Ｅ为 发电 甩 Ｗ 火， ； ｋ Ｅ ｃｍ为微燃机燃烧室内定压燃烧过程的 用 ｘｏ 火 损失， ｋ Ｗ；
微 燃 机 Ｄ Ｓ工 作 原 理 是 ： 燃 机 发 电机 组 主要 由 压 气 机 、 气 透 Ｅ 微 燃 平 、 烧室 、 燃 回热 器 和 发 电机 等 组 成 。空 气 分 为 ２路 ： １ （ ）空 气 经 压 气 机压缩进入 回热器预热后， 进入燃烧 室， 再 以提 高 燃 烧 温 度 、 强 燃 气 增 透 平 做 功 能 力 ；２ 空 气 对 主 轴 承 的润 滑 油 系 统 进 行 冷 却 后 直 接 排 出 。 （） 天然气在燃烧 室与预热空气混合燃烧 ， 生高温燃气进入燃 气透平做 产 功 ， 动 压 气 机 和 发 电机 。 燃 机 的轴 系 为单 轴 设 计 ， 障率 较 低 、 装 驱 微 故 安 维 护 较 方 便 。燃 气 透 平 排 气 余 热 利 用 设 备 可 以是 余 热 锅 炉 、 收 式 制 吸 冷机 、 湿机等各种装置 。 除
２２ 微 燃 机 热 力 学 分 析 参 数 设 定 ． 微 燃 机 性 能 受 环 境 空 气 温 度 影 响 很 大 。 在 不 同温 度 下 ， 燃 机 的 微 排 气 量 、 然 气 耗 量 和 发 电量 均 不 同 。微 燃 机 润 滑 油 冷 却 空 气 流 量 为 天
燃气内燃机与燃气轮机分布式供能系统的对比分析 韩东
燃气内燃机与燃气轮机分布式供能系统的对比分析韩东摘要：随着可持续发展战略的深入推广，节能减排成为各行业发展的方向。
对于满足用户生活的冷热电需求的燃气三联供来说，也开始使用新型的燃气内燃机和燃气轮机两种新的分布式供能系统，本文先简要地介绍了相关的理论知识并着重分析对比了两种分布式供能系统的差别。
关键词：燃气内燃机；轮机；分布式供能；对比前言国民经济的高速发展不仅提高了居民的生活水平，也在新的发展阶段重视生态环境保护，天然气作为清洁能源也在此形势下得以发展，继而为燃气内燃机和燃气轮机的使用提供了便利条件。
这两种形式的分布式供能系统比以往的冷热电三联供方式有明显的优势，为此分析存在的差别对实际应用有现实意义。
1燃气内燃机与燃气轮机的相关理论燃气内燃机和轮机从应用的范围来看都属于冷热带三联供系统中的发电装置，主要是应用于分布式供能系统。
燃气内燃机是由缸体、曲轴、衬垫以及连杆均等部件组成，相比与柴油内燃机压力降低了约45%左右，大大地延长了机组和燃料的使用时间，再加上内燃机的组成结构比较紧凑、机动性能也很强、维修养护的步骤简便等优点，是当前一种主要的供能发电装置。
而燃气轮机的发展比前者略晚，虽然从属于内燃机的范畴内但由于受到空间和时间的限制比传统内燃机在安全性上有所提高，组成构件也只有内燃机的六分之一左右，但使用寿命较短且多为耐高温性能强的高成本材料，使其使用范围没有前者广泛[1]。
燃气内燃机和轮机之所以能够应用于分布式供能系统中，与系统自身的工作原理关系很大，再有比较两种设备的差别需要从此系统着手。
分布式供能系统的工作原理概括来说主要是通过温度的变化进行梯度利用，具体的工作步骤如下。
第一步，燃气机械发电设备会对进入的天然气进行燃烧处理，反应生成温度和压力都比较高的气体作为发电的主要能源，从而输出质量和效能高的电力资源。
接着，燃烧反应完成后电力输出完成，燃气机械内部残余的温度需经过安装在中温段的回收装置再次加工，用以提供用户需要的冷、暖资源，并在末端的烟气处理装置中实现供热转换和热水的排放。
燃气轮机分布式能源系统进气冷却改造
后的烟气进入余热锅炉，依
手，将余热锅炉制备的热水作为热水型漠化锂冷水
经 发器、 器、预热器。
机组(以下简称漠化锂机组)热源水，制冷 用于冷
余热锅炉将锅炉
热至1958(1.3 MPs的 却燃气轮机进气。
,工
,燃气锅炉 满 3
足工
#余热锅炉制备的生活热
3.1改造方案工艺流程
、 的热
#
为冷却燃气轮机进气，分布式系统
天然气（低热值为35. 5 MJ/m3 '额定耗量为2 063
m3/h,额定发电功率为6 630 kW,发电效率为
32.6% # 燃气轮机发电机组
为460 8 ,
质量流量为100.8 t/h#余热锅炉利用燃气轮机发
电机组烟气余热制备、生活热水#
余热锅
炉 （ 燃气锅炉
理系统提供的 ：
水） 为 104 8,
摘要：某天然气分布式能源系统（以下简称分布式系统）项目，采用燃气轮机发电机组发
v 电，余热锅炉利用燃气轮机排烟制备蒸汽、生活热水。针对生活热水利用不充分的问题，增设 化
锂吸收式冷水机组（采用余热锅炉制备的生活热水作为热源），在4 ~10月对燃气轮机进气（空气）
进行冷却（
生活热水仍进行常规利用），以提高燃气轮机发电机组的发电功率。将改造前
式。其他时间分布式系统切换成生活热水供 -460ຫໍສະໝຸດ 式。① 进气冷却模式
440
s.当室外 在20 - 30 8时，将燃气轮机进气
420
温度降至15 8所需的冷
小于或等于72
t/h#在此 下，冷 通管电动调节
气冷
400
却器出口空气
（15 8）作为 调节其相
#
R.当室外温度高于30 8时，冷水旁通管电动调
内燃机工作过程的热力学分析与性能优化
热力学效率的限制：内燃 机的热力学效率已经接近 理论极限，进一步提高效 率需要突破现有技术瓶颈，
探索新的技术路径。
可靠性问题：内燃机在高 温、高压、高速等极端条 件下工作，容易出现磨损、 腐蚀等问题，需要加强材 料和工艺的研究，提高内
燃机的可靠性。
高效能燃料：研发更高效、 更环保的燃料，如氢气、
生物燃料等。
内燃机的效率取决于其热力学 性能，如热效率、压缩比、燃 料类型等。
内燃机工作原理简介
内燃机热力学基本概念
内燃机热力学循环过程
内燃机热力学效率与损失
热平衡分析的意义：了解 内燃机热平衡状态，优化 内燃机性能，提高内燃机 的效率和经济性。
定义：内燃机在工作过程 中，燃料燃烧产生的热量 与内燃机各部件之间的热 量传递和损失达到平衡状 态。
未来发展趋势：随着排放 法规的日益严格和能源消 耗的增加，内燃机性能优 化将更加重要，未来将朝 着高效、低排放、低油耗
的方向发展。
优化方法：采用先进的燃烧控制技术，提高燃油效率 实例分析：某型号内燃机经过优化后，燃油消耗率降低10% 实例分析：采用新型材料和设计，减小内燃机重量和尺寸 实例分析：通过改进进排气系统，提高内燃机动力性和经济性
热平衡分析的方法：通过 实验和计算，测量内燃机 各部件的温度、热量传递 和损失，以及燃料燃烧产
生的热量。
热平衡分析的应用：优化 内燃机设计，改善内燃机 性能，减少热量损失，提 高内燃机的效率和经济性。
热效率定义：内 燃机将燃料燃烧 产生的热量转化 为机械能的效率
影响因素：燃烧 室设计、进排气 系统、压缩比、 燃料与空气混合
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汇报人：
燃气轮机燃烧系统的热力学性能分析与优化设计
燃气轮机燃烧系统的热力学性能分析与优化设计近年来，燃气轮机技术得到了快速发展，在能源领域发挥着重要的作用。
燃气轮机的核心是燃烧系统，而燃烧系统的热力学性能分析与优化设计对燃气轮机的效率和环境友好性具有重要意义。
本文将对燃气轮机燃烧系统的热力学性能进行深入分析，并探讨优化设计的方法。
1. 燃气轮机燃烧系统的热力学基础燃气轮机燃烧系统是将燃料和氧化剂进行反应，产生高温高压燃气流，从而驱动涡轮机旋转，产生功。
燃气轮机的热力学性能主要包括热效率、功率密度和排放特性。
热效率指的是燃料的化学能转化为机械能的比例，是燃气轮机的重要性能指标。
功率密度是指单位体积或单位质量的燃气轮机所能输出的功率，高功率密度意味着更高的性能和更小的体积。
排放特性是指燃气轮机在燃烧过程中产生的污染物和温室气体的排放情况，对环境保护和可持续发展至关重要。
2. 燃烧系统的热力学分析燃烧系统的热力学分析是对燃气轮机燃烧过程中的能量转化和损失进行综合评估。
燃烧系统主要包括氧化剂供应、燃料供应、混合和点火四个阶段。
在氧化剂供应阶段，燃气轮机通过压氧机将大气中的氧气挤入燃烧室，形成所需的氧化剂。
在燃料供应阶段，燃气轮机通过燃料喷嘴向燃烧室中喷入燃料。
在混合阶段，氧化剂和燃料进行充分的混合，以保证燃料能够完全燃烧。
在点火阶段，通过火花塞或者火花放电来点燃混合气体。
在燃烧过程中，热效率的提高是燃气轮机热力学性能分析的重点之一。
燃烧反应的热效率主要取决于燃料的分解和氧化过程中的能量转化效率。
高效的燃烧系统应该能够实现燃料的完全燃烧，减少可燃物的残留，提高热效率。
同时，燃气轮机的排放特性也是需要考虑的因素。
燃烧过程中产生的氮氧化物和颗粒物等有害物质对环境和健康造成一定的影响，因此需要探索降低排放的方法。
3. 热力学性能分析的方法燃气轮机燃烧系统的热力学性能分析和优化设计需要借助计算模拟和实验测试。
计算模拟可以利用数值计算方法对燃烧过程进行模拟和分析。
燃气燃烧过程效率的热力学分析
燃气燃烧过程效率的热力学分析
燃气燃烧是现代工业发展不可缺少的一部分。
它能够提供可再生的、高效的、低污染的能源，在未来可以极大地改善人类的生活质量和工业的发展。
因此，了解燃气燃烧的热力学机理以及实际应用中的效率变化非常重要。
本文主要是从热力学的角度，运用相函数原理和Helmholtz数，对燃气燃烧效率进行分析。
燃气燃烧是不完全燃烧的一种过程，也就是说，燃气中存在未完全燃烧的分子，从而有可能导致热工的效率不足或无法达到理想的燃烧效果。
因此，在讨论燃气热工效率过程时，不能忽视不完全燃烧的影响。
燃气热工效率的热力学分析的基本步骤是：（1）确定燃气热工的输出热量，即由燃气热工产生的热量；（2）确定燃气热工的输入热量，即由燃气热工消耗的热量；（3）通过计算可得到燃气热工的效率。
燃气热工效率的计算可以使用Helmholtz数来进行。
通过计算，Helmholtz数可以得到燃气热工具经过不完全燃烧后的实际效率，并能够解释燃气热工效率变化的原因。
此外，相函数原理也可以用来研究燃气热工的效率的变化。
运用相函数原理，我们可以得到一个关于燃气热工效率的函数，可以用来描述燃气热工系统的运行状态。
因此，我们可以利用热力学的基本原理，通过相函数原理和Helmholtz函数来研究燃气热工效率的变化，从而为燃气热工的设计和应用提供技术支持。
至此，本文从热力学的角度，对燃气燃烧效率进行了简要的分析，介绍了相函数原理和Helmholtz函数在燃气热工效率分析中的作用
和价值。
在今后的研究中，还需要结合更多实验参数，进一步深入研究燃气热工效率的机理。
燃气燃烧过程效率的热力学分析
燃气燃烧过程效率的热力学分析燃气燃烧是一种在家庭、工业和医疗领域中广泛应用的能源转换过程。
它是一种将化学能转换成机械功能、热量或电能的过程。
燃烧过程涉及到大量物质的复杂反应，无论是用于照明空间、加热空气、驱动汽车还是提供电力，都需要严格的控制，以便有效地利用能源。
因此，评估燃烧效率的热力学分析显得尤为重要。
热力学是研究能量变换的定量理论。
它用来研究燃烧过程中可用能源，以及系统性地评估燃烧过程中可释放的能量利用率。
当一种物质完全消耗和燃烧时，其可用热能是指与物质有关的热力学参数。
在一般情况下，每种物质的燃烧过程都有它自己的热力学参数，受不同因素的影响，这些参数也有所不同。
通常情况下，评估燃气效率的热力学分析包括分析燃气产生的热量、热能以及热力学参数。
首先，分析燃气产生的热量，即由燃气的燃烧释放的热量总和；其次，分析燃气的热能及其热力学参数。
热能指的是燃气燃烧过程中，最终可以释放的热量，这些热量可以用来按照计划进行利用。
最后，需要分析燃气燃烧过程中的热力学参数，这些参数包括热容、温度、燃烧反应率以及比热容等。
除了上述参数外，还要评估燃气燃烧过程中燃烧效率。
燃烧效率可以定义为燃烧反应中最终能量和最初能量之比，即反应的能量含量的改变值比例。
燃烧效率的高低取决于室温、空气浓度和其他影响燃烧过程的参数。
为了获得最佳的燃烧效率，最好根据实际应用条件进行优化调节，以达到更高的效率。
燃气燃烧效率的热力学分析主要集中在分析燃气燃烧过程中流体动力学和热力学的参数，以及燃烧本身的效率等。
另外，也需要考虑燃气燃烧过程中的热能、流场运动和化学反应等相关因素。
热力学分析的结果可以用来评估燃烧过程的效率，并有助于预测燃烧过程的性能。
综上所述，燃气燃烧过程效率的热力学分析是一个复杂和完整的系统，它可以提供有关燃烧过程各种参数及其效率的重要信息。
不仅能帮助评估当前燃烧过程的效率，而且可以指导燃气燃烧过程中各个参数的优化调节，从而提高能源利用率。
燃气燃烧过程效率的热力学分析
燃气燃烧过程效率的热力学分析燃气燃烧技术已经广泛应用于工业生产，以及家庭取暖和烹饪，它不仅给可持续发展带来了一些必要的贡献，而且还提供了便捷和高效的能源转换率。
在多年的发展中，燃气燃烧技术越来越受到重视，其热力学理论也受到广泛关注。
在本文中，我们将探讨燃气燃烧过程效率的热力学分析。
热力学定义了三种基本状态变量，即总能量（H），热量（Q）和第二热力学定律（ΔS），它们是计算燃气燃烧效率的关键参数。
为了更好地理解燃气燃烧过程的效率，我们需要先了解这些参数的含义。
总能量（H）是系统的一种基本的物理量，它反映了热量的流动，一般情况下，总能量的增加反映热量的绝对增加，而总能量的减少则反映热量的绝对减少。
H指数可以用于衡量燃气燃烧过程中热量流动的变化，其正值表示热量流出系统，而负值表示热量流入系统。
热量（Q）是总能量的一个子集，它表示物质的热动能，热量的流动可以改变系统的温度和压力。
因此，热量是燃气燃烧过程中最重要的参数，它可以用来衡量所产生的能量，从而推导出燃烧反应的效率。
第二热力学定律（ΔS）表示系统在发生变化时所损失或获得的熵，它反映了热量在热力学系统中流动的过程，并可以用来衡量系统的温度变化。
通过计算系统的ΔS值，可以预测燃气燃烧过程的效率。
综上所述，热力学的三个基本状态变量是燃气燃烧过程效率的关键因素，它们可以用来衡量热量流动的变化，从而推导出燃烧反应的最佳效率。
然而，计算燃气燃烧过程的效率还需要考虑除热力学参数外的其他因素。
首先，燃料的类型和性质，以及燃烧过程中使用的空气温度和压力值对燃烧反应的效率有着重要的影响。
其次，燃烧装置的设计和运行参数，以及燃料的消耗水平也会影响反应过程的效率。
因此，要精确地计算燃气燃烧过程的效率，我们还需要考虑到这些潜在因素。
为此，可以使用计算机模型进行模拟，根据给定的输入条件来获得最佳的燃烧反应效率。
总之，燃气燃烧过程效率的热力学分析是一个复杂的问题，需要考虑到许多因素，以获得最佳的燃烧效率，同时也可以为不断发展的能源技术提供科学依据。
内燃机的热力学分析研究
内燃机的热力学分析研究内燃机是现代工业化重要的能源转换设备之一，其能够利用可燃物质的热能将其转化为动能，从而驱动机械设备进行工作。
内燃机的发展历程中，热力学的分析研究一直起着举足轻重的作用。
本文将在此基础上，探讨热力学对内燃机的分析研究的现状及未来发展方向。
首先，我们需要了解一下什么是热力学。
热力学是研究能量转化和热效率的科学，包括能量的产生、转移、转化和消耗等。
在内燃机的研究中，热力学的分析方法被广泛应用。
热力学分析可分为两部分，即理论分析和实验分析。
理论分析以数学模型为基础，运用热力学定律和公式，利用计算机模拟内燃机的工作过程，从而预测内燃机在不同工况下的表现。
实验分析则是采集一定条件下的实验数据，在参考理论分析的结果后，进行数据拟合和分析，从而得出内燃机在实际使用中的性能指标。
两种方法的结合应用能够更准确地表征内燃机的性能和特点。
接着，我们就来看看热力学在内燃机研究中的应用。
我们知道，热力学分析在内燃机的各个环节均得到了广泛的应用。
以热机工作循环为例，通过理论计算，我们可以得到热机每个环节获得或放出的能量量，比如内燃机的进气、压缩、燃烧和排气过程中的能量变化。
同时，也可以得出热机在这些环节中的效率，如热效率、机械效率和综合效率等。
这些指标是评估内燃机性能的关键。
再以燃烧过程分析为例，通过理论计算和实验测试，可以获得各种车用燃油的燃烧特性和性能测试。
其中，包括点火性能、燃烧速率、燃烧温度、燃烧产物分布等等。
同时，也可以深入探究燃油组分及空气的混合比，优化燃油喷射技术并控制混合气体的组成等。
这些分析结果可以帮助内燃机的设计和改良，提高燃油利用效率，使内燃机工作更具有经济性和环保性。
除此之外，热力学的分析方法还用于研究污染控制等其他方面。
例如，在排放控制方面，热力学方法可用于分析氧化催化剂的反应过程，优化催化剂的设计和性能。
而在涡轮增压器的热力学设计和控制中，热力学分析也扮演着一个重要的角色。
综上所述，热力学在内燃机的研究中起着举足轻重的作用。
燃气燃烧过程效率的热力学分析
燃气燃烧过程效率的热力学分析燃气燃烧是工业生产中广泛应用的一种能量转换技术，在我国工业生产中具有重要的意义。
燃烧过程效率的提高，有助于改善燃烧效果，提高能源利用率，降低能量的消耗，减少环境污染，节约能源。
本文以《燃气燃烧过程效率的热力学分析》为标题，从热力学的角度出发，研究燃气燃烧过程的效率，分析影响燃烧效率的因素，提出有效的改进措施，提高燃烧过程效率。
一、燃气燃烧过程中热力学分析1、燃气燃烧过程概述燃烧过程是指燃料在较高温度下，与氧气完全反应，产生热能和光能的一种发生反应过程。
燃气燃烧过程主要由燃烧反应、热传递、物质传质等构成。
在燃气燃烧过程中，化学反应所放出的热量，会传导到燃烧室的四周；室内的热量随着气流的扩散而逸散；产生的热量会随着燃烧气体的流出而流失。
2、燃气燃烧过程的热力学分析燃烧过程的热力学分析，是从热量的能量转换，来分析燃烧过程中的热效率。
从能量转换的角度而言，燃烧过程可分为：完全燃烧、未完全燃烧和未燃烧三大部分，完全燃烧是指完全燃烧时所产生的最大热量，该过程中的非完全燃烧和未燃烧就成为能量流失的损耗源。
二、影响燃烧效率的因素1、气体的种类燃气的种类不同，其热值不同，其完全燃烧所释放出的热量也不同，对燃烧效率有明显影响。
2、设备比容设备比容是指同种燃料放置在不同容积中燃烧时所产生的热量，设备比容越大，燃烧流速越小，热量消耗越低，燃烧效率越高。
3、燃料气体与气体混合比燃料气体与气体混合比是指燃料与氧气混合比例，当气体混合比接近理想混合比的时候，燃烧效率达到最高。
4、温度温度是燃烧效率的关键因素，温度越高，速率加速，反应热量越大，燃烧效率越高；温度越低，反应热量越小，燃烧效率也越低。
三、改进措施1、降低部件温度降低燃烧器的热阻，减少热量的损失，如采用配有热隔热层的强制冷却器，可有效地降低燃烧器的温度，减少热量的损失，从而提高燃烧效率。
2、改变结构设计改变燃烧结构设计，如改变喷嘴、添加支架、改变燃烧室的形状、减少噪音，从而有效改善燃料的燃烧特性，增加燃烧效率。
燃气燃烧过程效率的热力学分析
燃气燃烧过程效率的热力学分析燃烧是一个非常复杂的过程，在热机设备中展开的燃烧工作和能源的转换，为节能减排、提高能源利用率提供了可能性。
燃烧效率的提高直接影响到能源的利用效率、发电效率、热效率和环境保护。
燃烧效率是指燃烧物质中可以释放到燃烧过程中的热能占总能量的比例，它衡量了燃烧产品中有效能量比释放能量比例的大小，表示燃烧过程中有效能量和释放能量之间的差距。
燃烧效率是控制燃烧过程中热量释放性能的重要参数，对于燃烧系统中的热效率和环境保护等都有很重要的影响。
燃气燃烧是指以天然气或煤气等多种工业燃气为燃料，通过燃烧来释放热量，从而提供热能和动力的一种过程。
燃气燃烧过程是一个相对复杂的动力学过程，燃气燃烧过程效率的提高，直接关系到热能释放过程的性能和热机的热效率的提高换热效能的增大。
因此，对燃气燃烧过程效率的分析和研究，是提高热机效率和环境保护的有效手段之一。
在热力学的角度，燃烧的效率可以被定义为一个系统的热动力学量，它可以通过热动力学分析，用具体的热动力学分析方法来研究燃烧过程效率。
对燃气燃烧过程效率的热力学分析，可以帮助我们更加清楚地掌握燃气燃烧过程中各种能量交换、热流量以及热量转换等过程。
从而有助于提高燃气燃烧过程效率，减少二次能源的消耗，实现节能减排和环境保护。
首先，对燃气热效率的热力学分析要考虑火焰的物理状态。
火焰的物理状态主要包括火焰的温度、火焰的大小、气体的混合状态、火焰内气体流动速度以及火焰锥部分的温度分布等。
通过分析火焰的物理状态，可以得到火焰的燃烧效率，并且研究燃烧产物的含气量、含碳量、焦渣量等。
其次，对燃气燃烧过程效率的热力学分析，要考虑火焰中反应剂活度、反应速率以及反应体积的变化，并分析火焰后热量熵的变化，从而得出燃气燃烧过程效率的最终结果。
此外，燃气燃烧过程效率的热力学分析还要考虑燃气燃烧时锅炉形状、锅炉材料、燃烧室尺寸和温度分布等参数，以及燃气热效度参数，考虑锅炉结构、燃烧室长度和燃烧空间尺寸、燃烧温度分布以及燃气热效率参数等。
基于燃料电池-微燃机分布式能量系统的热力性能研究的开题报告
基于燃料电池-微燃机分布式能量系统的热力性能研
究的开题报告
1.研究背景和意义
随着能源需求的不断增加，传统能源已经无法满足社会的需求，而
分布式能源系统成为解决能源难题的重要途径。
燃料电池-微燃机分布式
能量系统是一种新型的分布式能源系统，具有高效率、低排放、低噪音
等优点，成为分布式能源的重要发展方向。
然而，为了保证其高效运行，系统的热力性能需要得到优化。
2.研究内容和方法
本研究将基于燃料电池-微燃机分布式能量系统，探讨其热力性能的优化和研究。
具体包括以下方面：
（1）分析系统的热力学特性，研究比热容、热传导系数、热导率等参数对系统热力性能的影响。
（2）建立系统的数学模型，运用仿真方法，分析系统在不同工况下的热力学特性，探讨合理的系统设计方法。
（3）综合考虑系统的燃料类型、燃烧特性和热力学特性，优化系统的热力性能并实现系统的性能最优化。
3.预期成果
通过本研究，预期实现以下成果：
（1）建立燃料电池-微燃机分布式能量系统的热力学模型，得出系
统在不同工况下的热力学特性。
（2）运用仿真方法，分析系统在不同工况下的热力学特性，提出优化设计方案。
（3）根据系统的燃料类型、燃烧特性和热力学特性，实现系统的性能最优化，提升系统的运行效率和稳定性。
4.研究意义
本研究对于推进燃料电池-微燃机分布式能量系统的研发具有重要意义。
能够以更加优化的方式运行，可以极大地提高系统的性能和使用寿命，为解决能源的问题提供更加可靠的技术支持。
此外，本研究的方法和思路也具有借鉴意义，可以为其他类型的能源系统的热力优化提供参考。
燃气冷热电分布式能源技术关帅
燃气冷热电分布式能源技术关帅发布时间：2021-10-09T08:09:10.693Z 来源：《中国科技人才》2021年第19期作者：关帅[导读] 近年来，随着我国城市化与工业化进程的加快，引发一系列环境污染问题，国家越来越重视节能环保、绿色清洁的生产模式，因此加大燃气冷热电分布式能源技术的研发力度，通过吸收并借鉴国内外先进的燃气冷热电分布式能源技术，提高该项技术人员的专业技能，促进我国社会经济与生态环境的可持续发展。
北京燃气能源发展有限公司北京 100020摘要：近年来，随着我国城市化与工业化进程的加快，引发一系列环境污染问题，国家越来越重视节能环保、绿色清洁的生产模式，因此加大燃气冷热电分布式能源技术的研发力度，通过吸收并借鉴国内外先进的燃气冷热电分布式能源技术，提高该项技术人员的专业技能，促进我国社会经济与生态环境的可持续发展。
关键词：燃气；冷热电分布式能源技术；应用前言：众所周知，我国生产发展主要依靠煤炭资源，煤炭资源是不可再生资源，用去一点，地球上储存的煤炭资源就少一点。
由于国民思想意识落后，对煤炭资源没有充分的认识，肆意开采煤炭资源，导致资源过度浪费，当前我现有的煤炭资源已经屈指可数。
但是能源是一个国家生存发展的重要保障，为了保证能源能够满足国家生产发展的需要，我国加大风能、太阳能以及水能等资源的开发与应用，同时也加大石油与天然气的进口比例。
近年来，国际天然气价格出现持续走低的情况，因此扩大燃气冷热电分布式能源技术的应用范围，燃气冷热电分布式能源技术不仅具有价格优惠、绿色环保的特点，而能够提高现有资源的利用率，促进国家资源的可持续发展。
但是在实际应用过程中仍存在一定的不足，因此我国应该对燃气冷热电分布式能源技术进行深入的实验与研究，为我国城市化与工业化的稳定发展奠定扎实的基础。
1燃气冷热电分布式能源技术的发展情况 1.1国外发展趋势和国外社会相比，由于我国人口密度大，所以我国的燃气冷热电分布式能源主要是作为一种能源的补充手段，但在地广人稀的某些国家，该技术已经成为一种常用的能源手段。
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本分布式能源系统的能量平衡可用下式表示 [8]： Qα+ Qg+VgHl = W+Qh/c+ Qst+ Qex+ Qv+ Qerr （1） 式中：Qα为空气物理热，Qg为燃气物理热，Hl 为 燃气低位发热量，Vg为燃气流量，W为系统额定输 出电功率，Qh/c为系统对外供热/冷量，Qst为系统对 外供蒸汽量，Qex为排烟热损失，Qv为机组冷却散 热量，Qerr 为其它散热量。 参考三联供工程技术规程 [9]，本系统的能源综 合利用率为：
4 结论
图5 分布式能源系统的能源综合利用率
（1）分布式能源系统具有较大的节能优势， 在空调季节节能优势更加明显，分布式能源系统 节能 20% 左右；
（2）分布式能源系统在不同的工况下㶲效率 不同，采暖工况下的㶲效率最高，制冷工况次之， 过渡季节最小；
（3）本分布式能源系统充分体现了能量的梯
INFORMATION AND DYNAMIC
却塔直接冷却，保证发电机组的正常运行。
图2 分布式能源系统夏季工况下的㶲效率
过渡季节（环境温度 15℃）运行时，与分产 系统相比，分布式能源系统的的㶲效率如图 4 所示。
从图 2 中可以看出：（1）分布式能源系统的
从图 4 中可以看由于发电机组的缸套水余热
电㶲效率高于分产系统市电的㶲效率，这主要由 直接散失，因此分布式能源系统在此工况下㶲效
Key words: Internal-combustion Engine, Distributed Energy System, Thermodynamic Analysis
[作者简介]
张杰：（1988-），男，汉族，湖北省天门市，工程师，硕士，主要从事分布式能源系统的研究。
2015 年第 10 期 SHANGHAI ENERGY CONSERVATION
分布式能源系统常常从以下 3 方面评价：以 热力学第一定律为代表的能量平衡分析法，焓分 析法和以热力学第二定律为代表的热力性能评价 指标；以投资回收期、年度化费用为代表的经济 性能评价指标；以 CO2 减排量为代表的环境性能 评价指标。P.J. Mago[4] 从能源节能率、运行成本 和 CO2 减排量建立了分布式供能系统评价体系， Daniel Maraver[5] 建立以生物质燃料为动力的分布 式供能系统的环境指标，并与传统的三联供系统 进行对比。P. Roque Díaz[6] 从热经济学角度分析了 一个分布式供能系统。M.A.Ehyaei[7] 等以满足一楼 宇电负荷、热负荷和冷负荷的微型燃气轮机分布 式供能系统，并分析了 3 种工况下能量消耗、经 济性和环境因素下分布式供能系统的运行情况。
559
上海节能
SHANGHAI ENERGY CONSERVATION
No.10 2015
分 布 式 能 源 系 统（DES，Distributed Energy System）是一种新型的能源系统，它强调整个能 源系统的综合和优化集成，系统全工况能源输出 与用户动态需求的集成，以及与环境的友好协调 等特性，以减少中间环节损耗，降低对环境的污 染和破坏，保证能源供应安全，调整能源结构 。 [1-3]
系统相比，分布式能源系统的的㶲效率如图 3 所示。
夏季运行时分布式能源系阀门 3、4 开启，阀
门 1、2 关闭，燃气内燃发电机组燃烧天然气以“并
网不上网”的模式给工厂车间供电，余热锅炉回
收燃气内燃发电机组产生的烟气余热产生蒸汽，
满足工厂工艺蒸汽负荷需求；溴化锂制冷机组回
收燃气内燃发电机组缸套水余热制冷，满足厂区
Zhang Jie, Zhang Dan, Xu Zhenghua, Guo Jiasheng, Shen Dandan Shanghai Aerospace Energy Limited Company
Abstract: Aiming at some new-built factory in Shanghai with gas-fired internal-combustion generator units distributed energy system, based on the first law of thermodynamics and the second law of thermodynamics the article analyzes comprehensive energy utilization rate and exergy efficiency under different seasons and different operation modes. The results show that: under the heating condition this energy system has higher energy utilization ratio and exergy efficiency; compared with distributed system (city electric power and gas-fired boiler plus electric refrigeration) , the distributed energy system energy utilization rate increases 14% 19% and exergy efficiency increases 12% - 15%.
（4）
（5） （6）
式中 H表示焓值，S表示熵值，T0为环境温度，
560
节能技术与产品 ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGIES AND PRODUCTS
ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGIES AND PRODUCTS
张 杰，等 燃气内燃机分布式能源系统的热力学分析
然各自㶲效率较高但组成系统后㶲效率反而降低。
2.2 冬季运行工况
该系统与夏季运行模式主要的不同是分布式 能源系阀门 1、2 开启，阀门 3、4 关闭，用板式
图4 分布式能源系统过渡季节的㶲效率
2015 年第 10 期 SHANGHAI ENERGY CONSERVATION
561
上海节能
SHANGHAI ENERGY CONSERVATION
（2）
1.2.2 㶲效率
对一个热力学系统不仅要关注能源的综合利 用率，还要关注系统的㶲效率，作为对能量系统 利用的合理性和热力学完善程度的分析，㶲效率 显得尤为重要。
本分布式能源系统的㶲平衡式如下：
Eα+ Eg+VgHl = W+Eh/c+ Est+ Eex+ Ev+ Eerr （3）
式中：Eα为空气物理㶲，Eg为燃气物理㶲，Eh/c为 热/冷量㶲，Est为蒸汽㶲，Eex为排烟㶲损失， Ev为 冷却通风㶲损失， Eerr为其它散热㶲损失。
No.10 2015
3 分布式能源系统变工况能源综合利用率分析
与分产系统相比，分布式能源系统的能源综 合利用率如图 5 所示。从图中可以看出，分布式 能源系统的节能优势非常明显，特别是在空调季 节，分布式能源系统比分产系统节能 20%。尽管 过度季节能源利用率低于 70%，但是上海地区过 渡季节时间短，因此，全年能源综合利用率能够 满足国家相关要求。
部分制冷负荷。
夏季（参考环境温度 T=25℃）运行时，与分
产系统（市电 + 燃气蒸汽锅炉 + 电制冷机组，市
电采用燃气发电效率 0.4，输电效率 0.9，燃气锅 炉效率 0.9，电制冷机组 COP=4.5，下同）相比，
图3 分布式能源系统冬季工况下的㶲效率
分布式能源系统的㶲效率如图 2 所示。
从图 3 中可以看出：（1）冬季环境温度较低，
下标 in 表示流进；out 表示流出。
2 分布式能源系统变工况㶲效率分析
2.1 夏季运行工况
上海节能
节 能
SHANGHAI ENERGY CONSERVATION
技
术
与
换热器代替溴化锂制冷机组回收发电机组缸套水
产 品
余热进行采暖，满足厂区部分采暖空调负荷。
冬季（参考环境温度 T=0℃）运行时，与分产
本系统的㶲效率为：
图1 分布式能源系统流程图
1 系统分析
1.1 系统流程
本分布式能源系统位于上海闵行某工厂，按照 “以基本电负荷定容量、热电平衡、电力并网不上 网”的设计原则进行系统配置。分布式能源系统主
式（1）中： Ehc = (Hh/c,out- Hh/c,in)- T0(Sh/c,out- Sh/c,in) Est = (Hst,out- Hst,in)- T0(Sst,out- Sst,in)
摘要：针对上海某厂新建燃气内燃发电机组分布式能源系统，基于热力学第一 定律和热力学第二定律分析了该系统在不同季节、不同运行模式下的能源综合利用 率和㶲效率，结果表明：本能源系统在采暖工况下具有更高的能源利用率和㶲效率； 与分产系统（市电 + 燃气锅炉 + 电制冷）相比，分布式能源系统能源利用率提高 14%-19%，㶲效率提高 12%-15%。
节能信息与动态
级利用原则，除了发电外，将不同品位的烟气合 理利用，高温段产蒸汽，低温段制冷 / 采暖，因此 本系统的㶲效率远高于分产系统的㶲效率。
参考文献
[1]冯志兵，金红光．燃气轮机冷热电联产系统与蓄能变工况特性[J]． 中国电机工程学报，2006，26(4)：25-30． [2]宋之平．议分布式能量系统[J]．沈阳工程学院学报：自然科学版， 2005，1(1)：12-16． [3]随军，金红光，林汝谋．分布式供能及其系统集成[J]．科技导报， 2007，24：58-62． [4]P.J. Mago, L.M. Chamra. Analysis and optimization of CCHP systems based on energy, economical, and environmental considerations[J]. Energy and Buildings,2009, 41(10):1099-1106 [5]Daniel Maraver, Ana Sin, Fernando Sebastián, et al.Environmental assessment of CCHP (combined cooling heating and power) systems based on biomass combustion in comparison to conventional generation[J]. Energy, 2013,57(1): 17-23 [6]P. Roque Díaz, Y.R. Benito, J.A.R. Parise. Thermoeconomic assessment of a multi-engine, multi-heat-pump CCHP (combined cooling, heating and power generation) system – A case study[J]. Energy, 2010,35(9) : 3540-3550 [7]M.A. Ehyaei, A. Mozafari. Energy, economic and environmental (3E) analysis of a micro gas turbine employed for on-site combined heat and power production[J], Energy and Buildings, 2010(42): 259–264 [8]秦朝葵，吴念劬，章成骏．燃气节能技术[M]．上海:同济大学出版 社，1998． [9]中华人民共和国住房和城乡建设部. CJJ 145-2010．燃气冷热电三联 供工厂技术规程. 北京：中国建筑工业出版社，2010