冷热电联供系统

目录

概述 (1)

第一章微型燃气轮机 (2)

1.1微型燃气轮机工作原理： (2)

1.2微型燃气轮机的工作流程 (4)

1.2.1压气机模块 (4)

1.2.2回热器模块 (6)

1.2.3 燃烧室模块 (7)

1.2.3透平模块 (8)

1.2.4发电机 (8)

第二章余热锅炉数学模型 (10)

1 补燃装置 (10)

2 余热锅炉 (12)

第三章溴化锂吸收式制冷机模型 (14)

3.1 溴化锂吸收式制冷机工作原理 (14)

3.2 高压发生器模型 (15)

3.3 低压发生器模型 (16)

3.4 冷凝器模型 (17)

3.5 蒸发器模型 (18)

3.6 吸收器模型 (19)

概述

分布式能源具有利用效率高、污染少、耗能低等优点，逐渐成为能源开发利用的一个重要手段。分布式能源在解决系统全局的能源供需平衡和资源优化配置的同时，又能根据特殊场合需求，解决特定行业和特定区域用户的资源综合利用、能量梯级利用问题。因此，分布式能源技术得到越来越广泛的应用。

冷、热、电(Combined Cooling Heating&Power)系统是以天然气为燃料，由小型或微型设备组成，在用户或建筑物附近，直接向用户供冷、热、电和生活热水的分布式能源系统(Distributed Energy System)。三联供系统达到了能源的梯级利用，可以节约电力，减少夏季用电负荷，填补夏季天然气使用低谷，同时减少燃机排入大气中的废热，运用溴化锂吸收式制冷机的同时可以避免使用对大气有破坏影响的氟利昂等制冷剂，起到环境保护作用。在冷热电联供系统中，微型燃气轮机和溴化锂吸收式制冷机的组合是一种很通行的冷热电联供方式，通常应用于建筑物中，也称建筑冷热电联供系统。其原理图如下图所示。总的说来，冷热电三联供系统有以下几个主要特点：

1． 提高了能源利用率。传统的热发电厂能源有效利用率仅为35％左右。天然气冷热电三联供系统，利用发电后的排气热能，直接供给用户热量或者利用溴化锂吸收式冷热机组供热或者制冷，实现能源的多级利用，使能源的利用率达到85％以上。供电时，没有或仅有很低的输配电损耗，而传统的输配电路损耗高达5％～8％左右。

2． 节约投资。由于近距离向用户供电、供热和供冷，无需投资昂贵的冷、热输送管网和电网，可节省投资费用，土建和安装成本也会降低。

3． 可靠性高。CCHP 电站自行独立，“上网不并网”由用户自行控制，不会因外网停电而造成用户的供电中断，而当CCHP 电站发生故障时，可由外电网供电，因而供电的可靠性高。

4． 具有调峰功能。夏天是民用电高峰，民用气低谷，可通过CCHP 发电，缓解外电不足，同时调节天然气系统全年的用气均衡总量，对电力系统和天然气系统来说有双重意义上的调峰功能。

5． 属于绿色清洁能源。分布式冷热电三联供非常适于对商业区、民用区、医疗机构、体育场、机场等区域提供电力、供热和制冷。天然气发电本身较燃煤发电环保，再加上高效的多级利用，减少了烟气排放，即使在人口稠密的城市地区也能达到高标准的环保要求。

燃烧室

余热锅炉空气

压气机

透平

燃料

供电

发电机

排烟

供热

溴化锂制冷机

供冷蒸汽或热水

回热器

M f

G r 0

G c 0

Q g

Q sout

n 0

燃气机

P G

第一章微型燃气轮机

1.1微型燃气轮机工作原理：

燃气轮机的原理与中国的走马灯相同，据传走马灯在唐宋时期甚是流行。走马灯的上方有一个叶轮，就像风车一样，当灯点燃时，灯内空气被加热，热气流上升推动灯上面的叶轮旋转，带动下面的小马一同旋转。燃气轮机是靠燃烧室产生的高压高速气体推动燃气叶轮旋转，见图1。

图1-走马灯与燃气涡轮

燃气轮机属热机，空气是工作介质，空气中的氧气是助燃剂，燃料燃烧使空气膨胀做功，也就是燃料的化学能转变成机械能。图2是一台燃气轮机原理模型剖面，通过它来了解燃气轮机的工作原理。从外观看燃气轮机模型：整个外壳是个大气缸，在前端是空气进入口；在中部有燃料入口，在后端是排气口（燃气出口）。

燃气轮机主要由压气机、燃烧室、涡轮三大部分组成，左边部分是压气机，有进气口，左边四排叶片构成压气机的四个叶轮，把进入的空气压缩为高压空气；中间部分是燃烧器段（燃烧室），内有燃烧器，把燃料与空气混合进行燃烧；右边是涡轮（透平），是空气膨胀做功的部件；右侧是燃气排出口。

图2-模型燃气轮机结构

在图3中表示了燃气轮机的简单工作过程：空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机把空气压缩为高压空气，其流向见浅蓝色箭头线；燃料在燃烧室燃烧，产生高温高压空气；高温高压空气膨胀推动涡轮旋转做功；做功后的气体从排气口排出，其流向见红色箭头线。

图3-燃气轮机工作过程

在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转，压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子，如图4所示。

图4-燃气轮机转子

随着技术的发展，为了使燃气轮机的效率进一步提高，我们在燃气轮机的排气出口与燃烧室之间加装了回热器对即将进入燃烧室的空气进行预加热，从而提高整个燃气机的效率。

1.2微型燃气轮机的工作流程

整个燃气轮机的工作流程图，如图5所示。

图5-燃气轮机的工作流程

1.2.1压气机模块

压气机空气从空气入口进入燃气轮机，高速旋转的压气机对空气做功把空气

压缩为高压空气，在燃气轮机中压气机是由涡轮带动旋转，压气机的叶轮与涡轮安装在同一根主轴上组成燃气轮机转子。

压气机模块，如图6所示。

图6-压气机模块

压气机的输入输出的及中间变量如表1所示。

输入名称符号输出名称符号

进气温度(K)

T

1出口总压

(Pa）

P

2

进气压强

(Pa) P

1

出口温度

（K)

T

2

进气流量(kg/s) G

C

出口流量

(kg/s）

G

C

输入转速n(r/min) n

消耗功率

（W)

P

C

表1压气机的输入输出及中间变量

进气温度：T1=T a,其中是T是环境温度，通常取288K

进气压强：P1=P a忽略恢复系数，进气压强P就等于环境压强P 进气流量：G c（给定）

输入转速：n（给定）

出口总压：P=πc*P

其中：πc=πc0*πa，πc0取额定值。

πa=C1(n)*G c^2+C2(n)*G c+C3(3)

C1(n)=n a/[p*(1-m/n a)+n a*(n a-m)^2]

C2(n)=(p-2*m*n a^2)/[p*(1-m/n a)+n a*(n a-m)^2]

C3(n)=（m^2*n a^3-p*m*n a）/[p*(1-m/n a)+n a*(n a-m)^2]

其中p=0.36,m=1.06具有典型性。

出口温度：T2=T1+T1*[(πC^m)-1]/ηC

其中ηc=W1/W2

其中W1表示空气得到的有效功，W2表示叶轮传给空气总功。W1=1/m*R g*T a*(πc^m-1)