基于煤层气的分布式能源系统动态特性仿真研究

发布时间：2017-10-20 17:22

  本文关键词：基于煤层气的分布式能源系统动态特性仿真研究

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【摘要】：山西省煤层气储量大,分布集中,具有突出的开发和利用价值,尤其是低浓度煤层气,难以长距离输送,就地利用是最佳方案,所以基于煤层气的分布式热电冷能源技术具有广阔的应用前景。作为一种梯级能量利用系统,分布式能源具有节能环保、高效可靠、灵活方便等优点。本文以建立的基于煤层气的分布式能源系统为研究对象,开展动态特性研究,以为该分布式能源系统集成控制系统设计提供技术基础。基于煤层气的分布式能源系统以燃气内燃机为动力核心,集成了包括双压余热锅炉、汽轮机、单效溴化锂吸收式热泵等设备,额定发电量为800kW,制热量为300kW,制冷量为129kW。本文基于模块化建模方法,对分布式能源系统各部分进行合理划分,并分别建模。对内燃机采用平均值法建模,并引入燃烧和排放模型,考虑煤层气组分浓度改变对系统性能的影响;将余热锅炉分为单相介质换热模型和蒸发系统模型,依据换热器结构确定烟气侧和工质侧对流传热系数;对汽轮机采取静态特性加入动态一阶环节的方法建模;采用集总参数法建立蒸汽型单效溴化锂吸收式热泵模型。在Matlab/Simulink平台上,建立分布式能源系统动态仿真模型。利用仿真稳态性能数据与设计值进行比较,验证模型的正确性与合理性。在此基础上,研究煤层气流量、煤层气组分浓度、汽轮机抽汽量、冷却水流量、低温水流量和低温水入口温度阶跃对机组电、热、冷负荷和性能的影响,结果表明内燃机和汽轮机动态变化迅速,平均响应时间约5~10s,余热锅炉和吸收式热泵惯性较大,平均响应时间约1000~1500s。本文给出了动态响应曲线及相应的传递函数,分析了影响分布式能源系统动态特性的因素,为其控制系统设计奠定基础。
【关键词】：煤层气 分布式能源系统 模块化建模 动态特性 仿真研究
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK019
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究意义11-13
• 1.2 分布式能源系统应用现状和发展前景13-15
• 1.2.1 分布式能源系统应用现状13-15
• 1.2.2 分布式能源系统发展前景15
• 1.3 分布式能源系统动态特性研究现状15-17
• 1.4 低浓度煤层气及其分布式能源系统17-18
• 1.5 本文主要研究内容18-19
• 第二章 基于煤层气的分布式能源系统19-33
• 2.1 系统概况19-20
• 2.2 分布式能源系统工作原理20
• 2.3 分布式能源系统设备参数20-25
• 2.3.1 燃气内燃机参数20-22
• 2.3.2 余热锅炉参数22-23
• 2.3.3 汽轮机参数23
• 2.3.4 溴化锂吸收式热泵参数23-25
• 2.4 燃气及工质物性参数25-31
• 2.4.1 煤层气组分25-26
• 2.4.2 燃气燃烧26
• 2.4.3 烟气物性计算26-29
• 2.4.4 溴化锂溶液物性计算29-31
• 2.4.5 水及水蒸汽物性计算31
• 2.4.6 物性程序编制31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 分布式能源系统数学模型的建立33-65
• 3.1 概述33
• 3.2 内燃机数学模型33-41
• 3.2.1 压气机模型34-36
• 3.2.2 涡轮模型36-37
• 3.2.3 涡轮增压器动力学模型37
• 3.2.4 中冷器模型37-38
• 3.2.5 气缸模型38-40
• 3.2.6 内燃机动力学模型40-41
• 3.3 余热锅炉数学模型41-50
• 3.3.1 余热锅炉总换热系数的计算41-43
• 3.3.2 省煤器数学模型43-45
• 3.3.3 过热器数学模型45-46
• 3.3.4 蒸发系统模型46-50
• 3.4 蒸汽轮机数学模型50-52
• 3.4.1 原理性建模50-51
• 3.4.2 综合法建立汽轮机模型51-52
• 3.5 溴化锂吸收式热泵数学模型52-63
• 3.5.1 吸收式热泵传热系数计算53-55
• 3.5.2 发生器数学模型55-57
• 3.5.3 吸收器数学模型57-58
• 3.5.4 冷凝器数学模型58-60
• 3.5.5 蒸发器数学模型60-61
• 3.5.6 溶液热交换器数学模型61-62
• 3.5.7 溶液阀数学模型62-63
• 3.6 全系统动态程序63-64
• 3.7 本章小结64-65
• 第四章 仿真结果及分析65-93
• 4.1 概述65
• 4.2 分布式能源系统稳态性能计算65-66
• 4.3 分布式能源系统调节量、被调量和扰动量间的关系66-67
• 4.4 煤层气流量阶跃下的动态响应67-74
• 4.4.1 煤层气流量阶跃对燃气内燃机的影响67-69
• 4.4.2 煤层气流量阶跃对余热锅炉的影响69-73
• 4.4.3 煤层气流量阶跃对汽轮机的影响73-74
• 4.5 煤层气组分浓度阶跃下的动态响应74-79
• 4.5.1 煤层气组分浓度阶跃对燃气内燃机的影响74-75
• 4.5.2 煤层气组分浓度阶跃对余热锅炉的影响75-78
• 4.5.3 煤层气组分浓度阶跃对汽轮机的影响78-79
• 4.6 汽轮机抽汽量阶跃下的动态响应79-82
• 4.6.1 抽汽流量阶跃对汽轮机的影响79
• 4.6.2 抽汽流量阶跃对吸收式热泵的影响79-82
• 4.7 冷却水流量阶跃下的动态响应82-85
• 4.8 低温水流量阶跃下的动态响应85-87
• 4.9 低温水入口温度阶跃下的动态响应87-90
• 4.10热泵仿真结果与实验比较90-91
• 4.11本章小结91-93
• 第五章 结论与展望93-95
• 5.1 结论93-94
• 5.2 展望94-95
• 参考文献95-102
• 致谢102-103
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文103

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本文编号：1068403