内燃机热电联产系统的变工况特性研究

以内燃机为核心的冷热电联产系统在国内外具有广阔的发展潜力和应用前景。本论文依托国家自然科学基金资助项目“能源利用问题中的代数显式解析解”等科研任务,针对内燃机用于冷热电联产系统的若干关键问题进行了全面而深入的研究,探索了联产系统在设计工况及变工况下的特殊规律。 在广泛调研现有的发电内燃机基础上,总结了不同型号的内燃机在设计工况下主要参数的分布情况,对热电联产及冷热电联产系统进行了技术性、经济性的比较分析,得知由于制冷比供热困难,冷热电联产系统的经济(火用)效率略高于热电联产系统。 由于负荷及大气状态变化,内燃机及其联产系统处于变工况下运行。通过对大量实测数据的总结,得出发电内燃机的典型变工况特性。它不能代表任何一种具体型号的内燃机,但又相当典型的表达了内燃机变工况的通用特性。随着内燃机负荷的减小,内燃机排烟温度、排气流量均减小,内燃机发电效率先增加后减。 结合所得的内燃机和单压余热锅炉(包括饱和蒸汽及过热蒸汽)变工况解析特性,对内燃机热电联产系统的变工况性能进行了详细分析。余热锅炉的逼近温差、相对蒸汽产量、过热蒸汽温度随内燃机负荷的降低而减小,总能利用率、当量(火用)效率和经济(火用)效率随负荷的降低先增后减,存在一个最佳值,该值对应内燃机效率的最佳状态。低的内燃机排烟温度及高的余热锅炉蒸汽参数下,逼近温差极易为负,此时省煤器中的水会汽化,应注意由此导致的联产系统运行安全问题。 研究对比单轴燃气轮机热电联供装置,内燃机热电联产系统的逼近温差在低工况下更易变为负值,此重要差异很可能主要是由于内燃机在降负荷时烟气流量略降低,而燃气轮机是增加的。此外,内燃机的排气温度在部分负荷时下降较快,可能也是一因。产过热蒸汽的联产系统与产饱和蒸汽的系统变工况性能相差不大。 研究还发现,随着大气压力降低,内燃机输出功率和发电效率降低,使得逼近温差、相对蒸汽产量等下降较快,总能利用率等略有降低。联产系统应考虑环境因素的影响,尤其在高原低压地区运行时,需事先对内燃机性能进行优化。