文摘
联合冷却、加热和电力燃气热电冷联产系统产生电,加热和冷却是建模和分析。该系统由燃气轮机,热回收蒸汽发生器和双效吸收式制冷机。进行了(火用)分析解决不可逆性的大小和位置。为了增进了解,全面执行参数研究的一些主要设计参数对系统性能的影响。这些设计参数是压缩机压力比、燃气轮机进气温度、燃气轮机等熵效率、压缩机等熵效率,和温度的吸收式制冷机的发电机入口。结果表明,燃气热电冷联产系统的(火用)效率高于发电系统和热电联产系统。此外,结果表明,当余热利用热回收蒸汽发生器,温室气体减少固定输出功率时生成的。根据参数的研究结果,压缩机压力比的增加表明,网络输出先增加然后减少。此外,提高燃气轮机进气温度增加了系统(火用)效率,降低总(火用)破坏率结果。
1。介绍
化石燃料向大气中释放有害气体;此外,他们有有限的资源,将疲惫的在未来。这样一个事实使世界在21世纪面临严重危机。地球温度和增加温室气体的严重性可能对行业和经济负担额外费用高的国家的人均消费。由于化石燃料的消耗,提高燃油价格,发电厂和能源需求高的使用效率是非常重要的。在传统的发电系统大量废气的热量损失。因此使用废热提高电厂的效率。合并后的冷却、加热和权力(燃气热电冷联产)是一个系统,可以产生电能,加热,和冷却从一个共同的能源,如天然气,石油,或者太阳。燃气热电冷联产系统,余热驱动加热和冷却设备。废热可以用于空间加热,国内热水生产或生产蒸汽。 The waste heat can be used for cooling by driving a refrigeration system like an absorption chiller. The overall energy efficiency of a trigeneration plant can attain 80% [1]。通过吸收式制冷机和热回收蒸汽发生器在这些系统中,额外的热量释放从燃气轮机可以提供所需的低温和给定网站的热能量和供应电力,没有任何单独的燃料消耗。
近年来,经济并不是唯一的问题;建筑环境也很重要。许多研究已经进行了减少温室气体排放和全球有几个努力想出对于减缓全球变暖的计划和策略。如今,环境的影响旁边的植物是一种设计考虑植物的经济。此外,由于能源短缺,系统被设计成尽可能有效的利用能源。经济、环境和能源的可持续性是任何能源系统的基本标准。出现的(火用)的定义,(火用)效率已经成为受欢迎的,因为它与可持续发展有密切的关系。此外,由于火用计算的精确值可抽出的工作从一个流或资源,它是更适合经济评价和分析。因此,exergy-economic和环境评估和建模方法是一种可接受的方法来分析和设计的能量系统。
(火用)效率代表能源管理但与植物和经济与环境排放有着直接的关系。自那以后,总是被优化。其他工厂的目标是成本和排放。如今,碳排放税和排放成本评估和实施工厂成本的考虑。等排放没有x,所以x,公司被列为有毒或危险气体有自己的成本和税收。评估具体的工厂成本这些问题必须增加植物的总成本。
Havelsky [2]分析了热电联产系统的能源效率评价问题结合加热、冷却和电力生产和提供能源效率方程和基层节省能源。Athanasovici et al。3)提供一个统一的比较法对热电联产机组的热力学效率。比较独立和联合能源生产过程通过使用这种分析方法研究了。Minciuc et al。4)提出了一个三代系统的分析方法,建立了一些限制热力学边界最优性能的三代系统结合吸收式制冷机。
Sahoo [5执行经济能源结合电力和热力系统。Huicochea et al。6]分析了理论上的热力学性能trigeneration系统由microturbine和双效水/溴化锂吸收式制冷机和评估,在不同的操作条件。艾哈迈迪et al。7)进行能量和火用分析,环境影响评估,以及相关参数研究trigeneration系统。他们的研究结果表明,trigeneration展品更高的(火用)效率和更低的环境影响而典型的热量和电力系统或燃气轮机联合循环。
Al-Sulaiman et al。8)表示,使用trigeneration植物与动力循环发生效率增加22%以上。他们也证明trigeneration系统最大效率是74%,71%为热电联合系统,46%的净发电。Amrollahi et al。9进行了热力学分析的补充燃料有限公司2捕获一个燃气发电厂。Rezaie和罗森(他10回顾了区域能源系统和未来可能的发展。他们讨论了各种分类、定义和区域供冷和供暖的应用和描述元素的区域能源系统。
在这个研究,(火用)和环境影响评价执行trigeneration系统基于平行流双效吸收式制冷机热力学方程建模。在选定设计参数变化的参数评估(压缩机压力比、燃气轮机进气温度、燃气轮机等熵效率、压缩机等熵效率,和吸收式制冷机发生器入口温度)对(火用)和能源效率进行评估。
2。能源分析
在本部分中,燃气热电冷联产循环使用ee建模软件,通过热力学方程。确定不同的能量线,应确定循环的热力学参数建模组件。建模的每个组件执行第一定律和质能平衡法。接下来,各种分循环的(火用),如图1、计算和(火用)效率和破坏计算为每个组件编写(火用)平衡的循环。
2.1。燃气轮机循环
燃气轮机循环建模是基于热力学第一定律。如图1在环境条件,空气进入压缩机(1);热空气进入燃烧室,燃料注入,以增加其温度点3。接下来,燃烧产生的烟气中提取燃烧室(3)和权力是通过气体生产的燃气轮机(4点),燃气轮机循环废物通常发生在三个主要组件包括压缩机、燃烧室和燃气涡轮。计算为每个组件不可逆性计算,应考虑每个人作为一个控制体积。能量平衡和控制方程的周期成分如下。
空气压缩机: 在哪里空气质量流率,空气压缩机等熵效率,比热比,压缩机压力比,被认为是温度的函数,如下所示(11]:
燃烧室:
燃气轮机: 在哪里是燃料质量流率,空气质量流率,是燃烧气体质量流率,是燃料的低热值,燃烧室的效率,是燃烧气体比热容比,燃气轮机压力比,被认为是温度的函数,如下所示(11]:
2.2。热回收蒸汽发生器(余热锅炉)
考虑单压余热锅炉由一个省煤器和蒸发器产生蒸汽。供水就首先进入省煤器,其饱和温度的温度上升。然后,它进入到蒸发器和蒸汽质量方法1在一个恒定的温度和压强下。一些蒸汽进入吸收式制冷机,剩下的用于热应用程序。假定的余热锅炉的能量平衡是如下。
蒸发器:
省煤器: 在哪里是燃烧气体的定压比热容和夹点(PP)被定义为气体的温度之间的差异在入口处的蒸发器()和饱和温度()和点(美联社)的方法是水离开省煤器(之间的温差)和饱和温度()。
2.3。双效吸收式制冷机
在这项研究中,认为燃气热电冷联产系统Li-Br平行流双效吸收式制冷机的建模。必须指出,在建模的冷却器,热水输出从高温发生器(6点)被用于加热水和溴化锂溶液的对流流动增加冷却性能。这样做,系数模型的性能提高到0.1。假设每个组件的冷却器作为一个控制体积和质能平衡和热力学方程表示如下(7]: 在哪里是流体质量流率和工作吗是Li-Br质量浓度的解决方案。
2.4。假设
几个假设被用来简化模型:(我)所有的流程都在稳定状态。(2)天然气燃料在燃烧室中使用。(3)死去的状态是酒吧和K。(iv)空气和燃烧产品是假定为理想气体混合物。
3所示。(火用)分析
系统的(火用)的理想机器被定义为最大理论的工作可能收到的能量。坦率地说,(火用)不是总结在一个单一的过程,可以减少由于不可逆性。通过这种方式,可以分别检查每个部分的循环,达到每个元素的比例在整个周期的能量损失。关于燃气轮机电厂,对任何输入燃料或流入发电厂,发电厂的最大容量可以通过火用分析计算。(火用)的物质流可以分为主要成分包括动力、潜力,物理和化学(火用)。本文忽略动能和潜在的(火用)由于他们可有可无的利率。物理(火用)被定义为系统的最大理论有用的工作获得同时与一个平衡状态12]。化学(火用)与离职系统从其化学成分的化学平衡。化学(火用)是一个必要的部分燃烧过程的(火用)(13]。利用热力学第一和第二定律,我们有以下(火用)平衡: 在哪里特定的(火用)和总吗(火用)破坏率;其他条款在这个方程定义如下14]: 在哪里绝对温度(K)和下标吗和指环境条件。混合物的化学(火用)是获得使用以下关系15]: 下面的关系是用于计算燃料(火用)(14]: 对于大多数普通气体燃料,化学(火用)的比率低发热值通常是接近1。而发电厂的主要燃料是甲烷,我们有14]
4所示。Exergoenvironmental分析
联产系统的优点,一个名字可以节约燃料消耗,减少污染物,,最后,降低环境成本。节约燃料,由于不需要另一个热发生器(如蒸汽锅炉在不同的一代),并使用天然气等清洁燃料被认为是至关重要的因素在减少污染所产生的这些系统。结合电力和热力系统的环境效益使用更少的燃料效率更高,因此导致更少的空气污染。在发生燃气轮机燃烧过程产生大量额外的空气,自从得到输出功率高度取决于涡轮的质量流量。燃气轮机是最少的污染物化石燃料消耗在发电设备。燃气轮机的主要污染物是氮氧化物,一氧化碳,二氧化碳。生成的氮氧化物(gr的燃料每公斤)燃烧室获得使用以下方程(13]: 在这里是在燃烧区停留时间(假定常数为0.002 s),是主要的区燃烧温度,是燃烧室进气压力,是燃烧室的无量纲压力降13]。使用燃烧的方程以及获得值氮氧化物和一氧化碳,二氧化碳排放的数量将会实现。
5。结果与讨论
图2介绍了能源效率的图表,(火用)效率,和二氧化碳排放的数量单位为燃气轮机输出功率,共和人民党,燃气热电冷联产循环。众所周知,能源效率和(火用)效率的水平提高促进燃气轮机联合循环热电联合系统和燃气热电冷联产循环但二氧化碳排放的数量单位输出功率下降。提高燃气热电冷联产循环的能源效率远远超过其(火用)效率,因为火用流的传热率小于热率。在图3,(火用)损失是绘制的每个组件的周期。根据图表确定燃烧室有最高的不可逆性以及其他组件,这是由于化学反应发生在燃烧室温差较大以及工作流体和火焰。燃烧室后,回收锅炉的火用损失。
5.1。不同压缩机压力比的影响
根据图4燃气热电冷联产循环的(火用)效率先增加,然后降低。最初,由于燃烧室进气温度的增加和减少输入的燃料,增加效率。但在一定压力比,压缩机工作效率将多余的燃料还原速度和导致减少(火用)效率。图5调查的二氧化碳量的变化的单位输出功率(包括电、热、冷)相比增加压缩机的压力。可以看出,增加压缩机的压力比在所需的trigeneration系统中,每单位产出的二氧化碳排放增加,这是由于减少热能回收锅炉的获得。
5.2。不同的燃气涡轮入口温度的影响
燃气轮机进气温度是最重要的决策之一trigeneration系统参数的基础上,燃气轮机。这个温度的增加可以增加的净输出工作。能量平衡的燃烧室表明,提高燃气轮机的进气温度将增加输入燃料。它可以观察到,如图6随着进气温度的增加,燃气轮机,热电联产循环的(火用)效率将会增加。这个增加是由于燃气轮机进气温度的增加将导致网络速度的增加燃气轮机过度增加的速率生成热的燃烧室。这一增长是由于这一事实,燃气轮机进气温度增加,网络的速度增加燃气轮机过度增加的速度在燃烧室产生的热量。此外,根据图6,单位输出功率减少二氧化碳排放。
5.3。不同的燃气涡轮等熵效率的影响
燃气轮机的等熵效率是设计的重要参数之一,表明多远的燃气轮机性能是一个可逆过程。如图7增加燃气轮机的等熵效率,增加循环的(火用)效率和(火用)损失减少。
5.4。不同吸收发电机温度的影响
双效吸收式制冷机的发电机的温度确实是类似于饱和蒸汽的温度从回收锅炉和疲惫与回收锅炉压力有关。锅炉蒸汽压力恢复是重要的设计参数之一。通过增加排气的温度的饱和蒸汽回收锅炉,从回收锅炉的热量减少。和吸收式制冷机的冷却速率的增加。但加息的吸收式制冷机冷却的速度远小于热回收锅炉。因此,图中可以看到8,(火用)效率饱和蒸汽温度的增加而增加,因为获得的(火用)与热回收锅炉和(火用)吸收式制冷机冷却的增加,由于增加的饱和蒸汽的温度。性能系数(COP)吸收式制冷机是通过把冷却从蒸发器中获得的热量消耗生成器。因此,通过增加吸收式制冷机发生器温度,用于发电机的热量减少和增加冷却蒸发器中产生的冷却;如图9冷水机组的性能系数提高。
6。结论
全面trigeneration系统热力学建模进行了基于双效吸收式制冷机。本研究揭示的重要性,综合能源系统以达到更高的(火用)效率和更低的发射比单一代能源系统。(火用)分析表明,燃烧室和热回收锅炉(火用)破坏最多相比其他组件。这主要是由于大温差传热的两列组件和燃烧室的燃烧反应。系统性能显著影响压力比变化的压缩机,燃气轮机进气温度,高温发生器的等熵效率。根据前一节中所获得的数据,可以列出以下的结论:(我)燃气热电冷联产循环的(火用)效率比共和人民党和燃气轮机循环。(2)吸收式制冷机的(火用)损失小于其他燃气热电冷联产组件。(3)压缩机压比的增加,为整个燃气热电冷联产循环(火用)效率先增加然后减少,二氧化碳排放的增加。(iv)燃气热电冷联产循环的(火用)效率随燃气涡轮等熵效率的提高。(v)燃气热电冷联产循环产生更少的二氧化碳单位输出功率而共和人民党和燃气轮机循环。(vi)(火用)效率的燃气热电冷联产、共和人民党和燃气轮机循环燃气轮机进气温度的增大而增大。(七)燃气热电冷联产循环的(火用)损失降低,增加了高温吸收式制冷机的温度,但在这一过程中其(火用)效率增加。
命名法
| : | 定压比热容(焦每千克K) |
| : | 特定的(火用)流(焦每千克) |
| : | (火用)流率(千瓦) |
| : | (火用)破坏率(千瓦) |
| : | 比焓(焦每千克) |
| 求得: | 低热值(焦每千克) |
| : | 质量流率(公斤/ s) |
| : | 压力(bar) |
| : | 压降(bar) |
| : | 热率(千瓦) |
| : | 气体常数(焦每千克K) |
| : | 特定的熵(焦每千克K) |
| : | 温度(K) |
| : | 工作速度(千瓦) |
| 记者: | 方法点 |
| 共和人民党: | 结合热力和电力 |
| 宏达电(HTC): | 高温电容器 |
| 高温凝胶: | 高温发生器 |
| 她: | 溶液热交换器 |
| LTC: | 低温冷凝器 |
| LTG: | 低温发生器 |
| 前言: | 吸收器 |
| 环保: | 省煤器 |
| 执行副总裁: | 蒸发器 |
| 余热锅炉: | 热回收蒸汽发生器 |
| 页: | 夹点。 |
| : | 比热容比。 |
| : | 压缩机 |
| 答: | 燃烧室 |
| : | 破坏 |
| 例: | (火用) |
| : | 燃料 |
| : | 燃烧气体 |
| GT: | 燃气轮机 |
| : | 入口条件。 |
| ch: | 化学速率。 |
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。