带空气预热的燃机—补燃型余锅及烟气余热耦合热管制冷联合系统及其优化设计

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1、硕士学位论文带空气预热的燃机-补燃型余锅及烟气余热耦合热管制冷联合系统及其优化设计作者姓名梁秋芸合热管制冷联合系统及其优化设计学科专业能源化学工程指导教师李国庆教授所在学院化学与化工学院论文提交日期2018年6月Gas-reburning-boilerwithairpreheatingandcouplingofresidualheatcombinedheatpiperefrigerationsystemanditsoptimumdesignADissertationSubmittedfortheDegreeofMaster

2、Candidate：QiuyunLiangSupervisor：ProfessorGuoqingLiSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,Chin分类号：TK学校代号：10561学号：201520118743华南理工大学硕士学位论文带空气预热的燃机-补燃型余锅及烟气余热耦合热管制冷联合系统及其优化设计作者姓名：梁秋芸指导教师姓名、职称：李国庆教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：能源化学工程研究方向：传热与节能工程论文提交日期：2018年6月6日论文答辩日期：2018年6月6

3、日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：2018年6月6日答辩委员会成员：主席：常杰委员：解东来、李国庆、李亚军摘要随着天然气清洁能源的普及，燃气轮机联合循环应用越来越多，但在实践过程中通常遇到两类问题。一是为了提高热、电产出，增加燃机的燃料量，因此导致余锅排烟量急增，更多的余热和更多的富氧化学能损耗掉；二是当冷量用户距燃机系统较远时，余锅排烟余热不方便做吸收式制冷的热源，因为采用蒸汽作制冷动力。为此本文提出了一个新的燃机联合流程：带空气预热的燃机-补燃型余锅和烟气余热耦合热管制冷联合系统，并进行了优化设计。新联合系统由

4、燃机-余锅、余锅-吸收式制冷两个子系统构成。在燃机-余锅子系统中，设计了余锅补燃工艺，部分燃料进余锅以减少燃机配风和消化燃机排烟中的过剩氧，并配合空气压缩改成多级压缩，用余锅补燃烟气预热压缩空气，以提高燃机燃烧室温度，增加膨胀透平出力，将烟气的部分热量升级成透平有效功输出，且空气压缩功耗也一并减少。在余锅-吸收式制冷子系统中，利用热管高导热性，可长距离输送热量的特征，将烟气余热转移给吸收式制冷的发生器，为制冷系统提供能源。接下来，本文将进行三方面的研究工作。一、契合热力学分析，包括㶲能级曲线（?-H图）和㶲损分析，得出燃机

5、-补燃型余锅子系统中烟气的能量最高、做功能力最强、过程㶲损也最大，其能量利用情况在整个联合系统中起决定作用，联合系统的优化思路是提高燃气透平的高等级的力㶲并减小换热过程的㶲损。具体措施可以是提高燃气透平进口的温度和压力、选用等熵效率高的燃气透平以及调整烟气换热参数等。二、将联合系统分成带空气预热的燃机-补燃型余锅子系统、吸收式制冷机组和分离式热管三部分，建立起新流程包括压气机、燃烧室、燃气透平、余热锅炉、吸收式制冷机组和热管换热器等各个单元的数学模型，为后面优化新流程奠定基础。三、在热力学分析结果和数学模型的基础上，先以㶲

6、损最小和净收益最大为双目标，优化燃机-补燃型余锅子系统，得到其Pareto前沿，选取优化点B，其6对应㶲损为4265kW，相应减小了8.5%，净收益为1.044×10$/年。在得到的烟气优化参数基础上，以机组的热力系数COP最大为目标优化制冷机组，得到优I化结果为0.8445，增幅为1.8%。得到相关的优化参数后，以传热系数最大为目标优化分离式热管，优化得到UHmax=32.2W/(㎡•℃)。关键词：冷热电三联供；补燃型燃机-余锅；空气预热；热力学分析；联合优化IIABSTRACTWiththepopularization

7、ofcleanenergyofnaturalgas,theapplicationofgasturbinecombinedcycleismoreandmore.Buttwokindsofproblemsareusuallyencounteredinpractice.First,toincreasetheheatandelectricityoutput,increasethefuelcapacityofthegasturbine.Asaresult,morewasteheatandmoreoxygen-enrichedchem

8、icalenergyarelost.Secondly,whenthecoldquantityuserisfarfromthegasturbinesystem,theexhaustheatisnotconvenienttobetheheatsourceofrefrigeration,instead,ste