沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)與內(nèi)燃機-ORC聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)性能研究.pdf

1、為了實現(xiàn)能源梯級利用，進一步提高沼氣內(nèi)燃機的熱效率，以蘭州花莊荷斯坦奶牛繁育示范中心沼氣發(fā)電工程為研究對象，對沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)熱效率等關(guān)鍵參數(shù)進行了計算，研究分析了系統(tǒng)的性能，并針對系統(tǒng)運行過程中出現(xiàn)的問題提出了建議；并且在該熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，為了更好地利用其煙氣余熱，設(shè)計了一套回收煙氣余熱的有機朗肯循環(huán)系統(tǒng)（ORC）。通過數(shù)值模擬的方法對內(nèi)燃機排氣進行余熱回收，在不同軟件環(huán)境下建立內(nèi)燃機子模型和有機朗肯循環(huán)子模型，并對該系統(tǒng)的性能

2、進行分析研究。主要取得以下研究結(jié)果：
　?。?）本文在當(dāng)今能源利用現(xiàn)狀的背景下，強調(diào)了分布式供能系統(tǒng)的優(yōu)點和存在的問題，指出了可再生能源儲量大但能源利用率低的現(xiàn)狀，并闡述了基于傳統(tǒng)能源和可再生能源的分布式供能系統(tǒng)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以及重要的中低溫余熱回收技術(shù)—ORC技術(shù)，對其進行總結(jié)，提出將可再生能源應(yīng)用在分布式供能系統(tǒng)中，進一步指出如何將現(xiàn)有成熟的技術(shù)和用戶迫切的用能需求聯(lián)系在一起。
　?。?）以蘭州市花莊鎮(zhèn)荷斯坦奶牛繁育

3、中心沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)工程為研究對象，通過監(jiān)測記錄的數(shù)據(jù)，對整個熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能量進行計算和分析，結(jié)果表明：在系統(tǒng)在穩(wěn)定運行的工況下，夏季日均產(chǎn)氣1200m3，實現(xiàn)了設(shè)計指標，日均發(fā)電量為1681 kW·h；冬季日均產(chǎn)氣700m3，實現(xiàn)了不用外鍋爐加熱而使沼氣工程安全越冬并正常產(chǎn)氣；發(fā)電效率30％左右，余熱利用效率為46%，能量總利用率可達76%；其次對該沼氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的運行效益進行分析，就2015年而言，累計產(chǎn)氣210700m3，累計發(fā)電

4、316050kW·h，節(jié)省標煤126.4t，減排二氧化碳315t，同時減少了硫化物的排放，能源效益、經(jīng)濟效益和環(huán)保效益十分顯著。該養(yǎng)殖場熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的成功運行，對于我國高寒地區(qū)建設(shè)養(yǎng)殖場大中型沼氣工程有十分重要的指導(dǎo)意義。
　　（3）用GT-power軟件搭建了小功率沼氣發(fā)電機組發(fā)動機的模型，通過與試驗數(shù)據(jù)對比驗證了該計算模型的正確性，并且在此基礎(chǔ)上，利用Aspen Plus軟件建立煙氣余熱回收系統(tǒng)，對小功率沼氣內(nèi)燃機-ORC聯(lián)合

5、循環(huán)的工作過程進行模擬計算，對影響聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵參數(shù)做了敏感度分析，得出以下結(jié)論：在發(fā)動機滿負載運行的工況下，隨著沼氣中甲烷體積分數(shù)的增大，發(fā)動機的有效功率、熱效率以及排煙溫度和流量都明顯增大；在不同甲烷體積分數(shù)的工況下，ORC凈功率隨著有機工質(zhì)流量的增加先增大后減小，存在一個最佳值，這為實際應(yīng)用中不同工況下工質(zhì)流量的選取提供了重要參考；且隨著燃氣中甲烷體積分數(shù)的增大，ORC子系統(tǒng)的輸出功率也相應(yīng)增大，最高達到3.4kW，煙氣余