產業(yè)園天然氣分布式能源系統(tǒng)熱力性能測試分析

阮慧鋒?┱胖居隆×跣南?

摘要：結合天然氣分布式能源站詳細地進行了熱力性能測試，得到了其各項熱力性能指標，準確地掌握了系統(tǒng)實際運行狀況，為后續(xù)系統(tǒng)的優(yōu)化改造提供了有效的指導，以期為天然氣分布式能源站熱力性能測試提供參考。

關鍵詞：分布式能源； 內燃機； 溴化鋰； 熱力性能

中圖分類號：TK284.1

文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2017）10015803

1 引言

分布式能源系統(tǒng)是建立在用戶附近的多能源供應系統(tǒng)，通過將發(fā)電后的余熱用來制冷、供熱，實現(xiàn)能源的梯級利用，提高了能源的綜合利用率，減少了環(huán)境污染[1～3]。 燃氣內燃機由于產品功率加大，發(fā)電效率明顯高于燃氣輪機，且調節(jié)性能好，所以在CCHP系統(tǒng)中的應用逐漸增加。通過對國內某產業(yè)園天然氣分布式能源站熱力性能測試，得到系統(tǒng)各項性能參數(shù)，為后續(xù)能源站得優(yōu)化改造提供數(shù)據(jù)支持。

2 系統(tǒng)流程

國內某產業(yè)園分布式能源系統(tǒng)采用內燃機+煙氣熱水型溴化鋰機組+電制冷機組。其系統(tǒng)如圖1。

其系統(tǒng)由天然氣燃燒產生的高溫高壓燃氣推動內燃機的發(fā)電機組運轉發(fā)電；空調用冷熱水由煙氣熱水型溴化鋰吸收式機組提供，夏季來自內燃機的高溫煙氣進入機組的煙氣高壓發(fā)生器加熱溴化鋰溶液放熱降溫，溫度降低到170℃后進入煙氣熱水換熱器。來自內燃機的缸套冷卻水先進入煙氣熱水換熱器，回收低溫煙氣熱量，將煙氣排放溫度降低到120℃。升溫后的缸套冷卻水進入熱泵機組的熱水發(fā)生器加熱溴化鋰溶液放熱降溫，使機組能同時利用煙氣、熱水加熱制冷運行；冬季內燃機發(fā)電機組排放的高溫段煙氣熱量作為驅動熱源，并將從煙氣中回收的熱量傳遞給來自空調系統(tǒng)的供熱熱水，該熱水出機組主體后進入板式換熱器，與發(fā)電機組的缸套冷卻水換熱升溫后返回空調系統(tǒng)。其主要設備如表1。

3 評價指標

3.1 一次能源利用率

3.2 內燃機發(fā)電效率

燃氣內燃機組發(fā)電效率定義為：單位時間內，內燃機發(fā)電機組發(fā)電量與消耗燃料熱量的比值，此處熱量取燃料的低位發(fā)熱量。計算公式為：

ηe=Q′e×3600VfHu×100（2）

式（2）中：ηe為內燃機發(fā)電機組效率，%；Q′e為內燃機輸出功率，kW；Vf為天然氣體積流量，m3/h；Hu為天然氣的低位發(fā)熱量，kJ/m3。

3.3 內燃機排煙熱量

內燃機排煙熱量在下一級設備中得到利用，一般計算方法為：

式（3）中，hfg1為內燃機出口煙氣焓，通過煙氣的成分及該點的溫度tfg1（tfg1是煙氣溫度的實測值）查表得到，kJ/kg；qfg1為煙氣在該點的流量，m3/h；ρfg1為煙氣在該點的密度，kg/m3。

對于采用電子控制系統(tǒng)的燃氣內燃機，煙氣的質量流量可根據(jù)電控單元實測的過量空氣系數(shù)λ和天然氣的組分得出內燃機的空氣進氣量，加上內燃機天然氣的消耗量得到。

3.4 溴化鋰機組

性能系數(shù)（COP）是衡量供熱設備最主要指標，它表征著設備能量與能量之間轉換比率。對于供熱溴化鋰機組，COP可以表示為：

式（4）中，Qc為機組供熱量，kW；Qfg、Qhw為溴化鋰機組的煙氣耗熱量、熱水耗熱量，kW；we為溴化鋰機組的消耗電量，kW。

4 試驗結果及分析

4.1 內燃機熱力性能

試驗過程中對內燃機100%負荷和75%負荷進行了熱力性能測試，具體測試結果如表2。從不同工況試驗結果比較，內燃機發(fā)電機組在額定工況下，發(fā)電效率高于其它負荷工況。隨著內燃機負荷的下降，內燃機出口煙溫迅速上升，發(fā)電效率下降比較明顯，而熱效率對工況的變化不敏感。

4.2 溴化鋰熱力性能

內燃機熱力性能測試的同時對溴化鋰機組進行了測試，測試結果如表3。溴化鋰供熱量由缸套水和煙氣兩部份制熱量組成。隨著內燃機負荷的下降，進入溴化鋰機組的煙氣溫度得到了提升，煙氣的品質提高了，同時缸套水流量的減小導致缸套水制熱量在總熱量的比例減小了，最后導致部分負荷下溴化鋰制熱系數(shù)微小提升。

4.2 全廠熱力性能

在冷負荷充足、兩臺機組滿負荷工況下，對能源站進行了全廠熱力性能試驗，具體數(shù)據(jù)見表4。能源站熱媒水的供熱量為5340.2 kW，生活熱水供熱量為1446.8 kW，發(fā)電量為8072.4 kW，一次能源利用率為80.2%，綜合熱電比為84.1%（表4）。

5 結語

針對國內某產業(yè)園分布式能源站進行了詳細地熱力性能測試，結果表明：能源站一次能源利用率80.2%，額定工況下，內燃機發(fā)電效率43.4%，溴化鋰制熱系數(shù)0.91，系統(tǒng)地了解了其實際運行中各主要設備的各項性能指標，對機組的運行優(yōu)化有較高的指導意義，為同行在分布式能源系統(tǒng)中的性能評價提供有益幫助。

參考文獻：

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