燃气三联供技术介绍

新能源公司燃气三联供技术介绍单击此处编辑副标题2010年7月三联供工艺设备配置分布式能源系统常用发电设备及余热条件主要设备三联供系统根据规模可以将其分为区域式三联供（DCHP）和楼宇式三联供（BCHP），其工艺形式应结合项目特点和所选用的主设备特点来决定。三联供系统主要由发电设备、余热利用设备及相关主辅设备构成，常涉及到的发电设备有燃气轮机、燃气内燃机、微燃机、燃气外燃机以及燃料电池，其中燃料电池、燃气外燃机由于成本较高还未得到广泛应用，因此目前三联供系统中应用较多的发电机形式以燃气轮机、燃气内燃机和微燃机为主。微型燃气轮机发电机组单机功率：30～250kw；发电效率：17％～33％；噪声：60～70dB(A)；余热烟气：温度250~290℃小型燃气轮机发电机组功率：单机500～6000kw发电效率：24％～32％余热烟气：温度400~530℃燃气内燃机发电机组是目前国内外分布式能源系统中用得最多的一种发电机组功率：单机50～5000kw发电效率：24％～43％余热烟气：温度370~510℃余热热水：供水温度90~110℃，回水温度70~97℃发电机组性能参数比较燃气内燃机燃气轮机微燃机容量（kW）发电效率(%)综合效率(%)燃料启动时间燃料供应压力噪音NOX含量(ppm)20-500022-4070-90天然气10s低压高(中)较高1000-50000022-3650-70天然气6min-1hr中高压中低30-35018-2750-70天然气60s中压中低余热利用设备三联供系统常用的余热利用设备有余热锅炉、热水/蒸汽型吸收式空调机组、烟气型吸收式空调机组、烟气热水型吸收式空调机组•余热锅炉•吸收式空调机组燃气轮机发电机组燃气轮机：由压气机、加热工质的设备(如燃烧室)、透平、控制系统和辅助设备组成，将气体压缩、加热后送入透平中膨胀做功，把一部分热能转变为机械能的旋转原动机。大型机组制造厂家——GE、西门子、三菱、阿尔斯通中小型机组制造厂家——GE颜巴赫、R-R、SOLAR、荷兰OPRA微型机组制造厂家——CapStone燃气轮机－性能特点燃气轮机发电机具有体积小、运行成本低和寿命周期较长（大修周期在6万小时左右）、出口烟气温度较高、氮氧化物排放率低等优点燃气轮机发电机组发电电压等级高、功率大，供电半径大、适用于用电负荷较大的场所。发电机输出功率受环境温度影响较大。当大气温度由15℃降至-20℃时，功率增加25%~35%，效率增加6%~10%；当大气温度由15℃降至40℃时，功率降低17%~23%，效率降低5%~8%。燃气轮机发电机组余热利用系统简单、高效。燃气轮机发电机组一般需要次高压或高压燃气。内燃机发电机组内燃机是将液体或气体燃料与空气混合后，直接输入机器内部燃烧产生热能再转化为机械能的一种热机。内燃机具有体积小、质量小、便于移动、热效率高、起动性能好的特点。但是内燃机一般使用石油燃料，同时排出的废气中含有害气体的成分较高。机组制造厂家——美国的卡特彼勒、GE颜巴赫、康明斯、荷兰的瓦西兰温度燃气内燃机－性能特点燃气内燃发电机突出的优势是发电效率高、环境变化（海拔高度、温度）对发电效率的影响力小、所需然气压力低、单位造价低，当然也有余热利用较为复杂、氮氧化物排放量略高的缺陷，其特点主要如下：单机能源转换效率高，发电效率最高可达40%以上，能源消耗率低。地理环境造成的影响最小，高温、高海拔下可正常运行。通常海拔高度每增加300m，内燃机的发电出力下降3%；环境每增加1℃，内燃机的发电出力下降0.32%。可直接利用中低压天然气。溴化锂制冷机组溴化锂(LiBr)，熔点549℃，沸点1265℃。它的一般性质跟食盐大体类似，是一种稳定的物质，在大气中不变质、不挥发、不溶解，极易溶于水。溴化锂水溶液是由溴化锂和水这两种成分组成，它的性质跟纯水很不相同。纯水的沸点只与压力有关，而溴化锂水溶液的沸点不仅与压力有关还与溶液的浓度有关。在溴化锂吸收式制冷中，水作为制冷剂，溴化锂作为吸收剂。溴化锂吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、换热器、循环泵等几部分组成。制造厂家——湖南远大、江苏双良。动力循环原理热机循环分析燃气轮机循环流量大、功率大、污染小结构紧凑、可靠性高余热能极高、含氧量可补燃不需冷却、多种先进循环需要高压燃气气源部分负荷效率下降多气候条件影响性能显著燃气内燃机循环额定及部分负荷效率较高启动速度快负荷跟踪性能好投资成本较低、现场维修燃气压力低安全性好维修费较高余热限于中低温利用空气污染较大、脱氮低频噪声大蒸汽燃气联合循环输出功率大、发电效率高适用于区域性供冷热系统运行可利用率较高污染低余热利用方式多样化设备复杂、投资高、周期长目前只用天然气及液体燃料占地面积较大燃气轮机工作原理简单燃气轮机的理想循环－－布雷顿循环q１燃料压气机p1,T1p2,T2wc燃烧室冷却器q2p3,T3燃气轮机wTp4,T4循环的p－v，T－s图pf23ses14vTp3吸热量q1=h3h2=cp(T3T2)24放热量q2=h4h1=cp(T4T1)1mpns2”q211n分析计算T3”3’3气轮机作功wT=h3h4=cp(T3T4)压气机耗功wC=h2h1=cp(T2T1)2’24’4循环净功wnet=q1q2=wTwC14”s热效率t=1=1q1cp(T4T1)cp(T3T2)=1mT4T1T1T2T3T21燃气轮机装置循环的热效率仅与增压比π有关，π越大，则热效率越高t=1T1T2=11T3T4T2TTTTT3T1循环净功循环净功wnet=wTwC=(h3h2)(h2h1)=cp(T3T4)cp(T2T1)wnet=cpT1(1)=cpT1(34321)T1T1T1T1T3T1T1循环的增温比为=wnet=cpT1(111)2令dwnetd=0可得最佳压比wnet,max=2(1)相应的最大净功wnet,max=cpT1(1)（注意此时热效率并不是最大值）''燃气轮机装置实际循环T3T=实际膨胀作出的功理想膨胀作出的功4’T='wTwT22’4wT=h3h4'=T(h3h4')1smfngwC=h2'h1=1C,s(h2h2)5提高燃气轮机循环热效率的措施回热T3p6,T6p3,T3p2,T2p5,T52764wcwT1sp1,T1p4,T4efgh在回热的基础上采用分级压缩、中间冷却和分级膨胀、中间再热内燃机循环（1）内燃机循环燃气轮机循环内燃机的燃烧过程在热机的气缸中进行。燃气轮机的燃烧过程在热机之外的燃烧室中进行。（2）活塞式内燃机按燃烧方式的不同，分为：即空气和燃料的混合物在气缸内被压缩后，用电子火化塞点燃。（或称柴油机）（3）从热力过程的角度来分：即空气在气缸内被压缩后，喷入燃料，利用被压缩的高温空气的温度直接将燃料点着燃烧。溴化锂吸收式制冷循环吸收式制冷机的工作原理图19.1吸收式和蒸气压缩式制冷机工作原理(a)吸收式制冷机；(b)蒸气压缩式制冷机吸收式制冷机的工作原理吸收式制冷原理与蒸气压缩式制冷相比，有相同之处，都是利用液态制冷剂在低温低压条件下蒸发、汽化，同时吸收载冷剂的热量，产生冷效应，使载冷剂温度降低。所不同的是吸收式制冷利用二元溶液作为工质对，组成二元溶液的是两种沸点不同的物质。其中，低沸点的物质是制冷剂，高沸点的物质是吸收剂。吸收式制冷机中有两个循环，即制冷剂循环和溶液循环。吸收式制冷系统必须具备四个热交换装置：发生器、吸收器、冷凝器、蒸发器。这四个热交换装置，辅以其他辅助设备，组成吸收式制冷机。吸收式制冷机的工作原理制冷剂循环：由发生器G中出来的制冷剂蒸气在冷凝器C中向冷却剂释放热量，凝结成液态高压制冷剂。高压液体经膨胀阀EV节流到蒸发压力后进入蒸发器E，在蒸发器中液态制冷剂又被气化为低压制冷剂蒸气，同时吸收载冷剂热量产生制冷效应。低压制冷剂蒸气进入吸收器A中，而后吸收器/发生器组合将低压制冷剂蒸气转变成高压蒸气，从而完成制冷剂循环。节流膨胀，当焦耳-汤姆逊系数为正，则气体降温，反之则升温。吸收式制冷机的工作原理溶液循环：在吸收器A中，由发生器来的稀溶液吸收来自蒸发器所产生的低压制冷剂蒸气，从而成为浓溶液，吸收过程放出的热量被冷却剂带走。由吸收器出来的浓溶液经溶液泵P升压后，输送到发生器G中。在发生器中，利用低品位热能对浓溶液加热，使之沸腾，由于发生器内压力不高，其中低沸点的制冷剂蒸气被蒸发出来，浓溶液成为稀溶液。从发生器出来的高压稀溶液经膨胀阀EV节流到蒸发压力，又回到吸收器中，完成了溶液循环。吸收式制冷机的工作原理吸收式制冷机中制冷剂循环的冷凝、节流、蒸发三个过程与蒸气压缩式制冷是相同的，所不同的是吸收式制冷以热源为主要动力，消耗热能，而蒸气压缩式制冷消耗机械能。吸收式制冷机中所用的二元溶液主要有两种，即氨水溶液和溴化锂水溶液。氨水溶液中氨为制冷剂，水为吸收剂。溴化锂水溶液中水为制冷剂，溴化锂为吸收剂。在空调工程中采用溴化锂水溶液，即溴化锂吸收式制冷机。溴化锂水溶液的特性20℃时溴化锂的溶解度可以达到108g左右，饱和溶1.溴化锂具有强烈的吸水性；2.溴化锂水溶液具有很强的吸湿性；3.溴化锂与水的沸点相差很大；液的浓度可达60%左右LiBr沸点为1265℃4.溶液温度过低或浓度过高，均易发生结晶；5.对金属具有较强的腐蚀性；6.无毒，对人体无害。危害：方法：添加缓蚀剂减轻腐蚀1.腐蚀产生氢气等不凝性气体，机组设置自动抽气装置排除2.铁锈铜锈易造成堵塞溴化锂吸收式制冷机蒸汽型按驱动热源分热水型直燃型单效机组按驱动热源的利用方式分双效机组按机组结构分单筒型双筒形三筒多筒型多效机组低温烟气单效型高温烟气双效型高温烟气补燃双效型三能源双效型烟气热水双效型低温烟气再燃双效型低温烟气换热再燃双效型能源效率发电机与直燃机的技术整合，形成无接缝的冷、热、电联产系统，其显著特征是直燃机直接回收发电机烟气（或缸套冷却水），热量而不经过中间2次换热，转化为冷、热能量，系统能源效率比传统热电联供提高20%以上，大幅降低了燃料量。集中式供电，输送距离远，能源形式单一，大量热能无法利用，能源浪费严重，系统安装在用户附近，是合理的能源梯级利用方式，他不仅提供了低成本的电力，而且满足了冷、热负荷的需求，他为分布式能源的广泛应用建立了模型，并将大大缓解集中电网建设投资压力，避免远距离输配电损失。环境保护能源如果不合理利用使CO2、NOX、SO2等温室气体大量排放，将引发地球气候变化和环境灾难，使能源得到高效利用，大幅减轻了温室气体及污染物的排放，使治理污染投资降低，有效促进环境改善，具有极大的社会环境效益。电力燃气业电空调负荷加大了电网季节峰谷差，彻底避免了电空调与电网争电的局面，有效改善电网负荷的不平衡性，提高了发电厂设备负荷率；利用燃气或发电余热制冷和制热，填补了夏季燃气用量的严重不足，改善了电力和燃气不合理能源结构状况。安全电制冷的大量增加，使电网电力负荷急剧膨胀，直接威胁供电安全性和稳定性。系统可提供可靠的电力品质和供电安全，尤其是对供电安全和稳定性较高的用户，使电网极其脆弱的供电方式不再威胁用户，摆脱了电网拉闸限电、电网崩溃和意外灾害（如地震、风雪、人为破坏、战争等）等突发性事故带来供电危机，避免了因停电造成的巨大经济损失。用户系统配套模式，电力、制冷、制热负荷容量搭配灵活，不受冷、热、电负荷大小的相互制约，机组可与不同种类、规格、大小的发电机组匹配，满足各种楼宇冷、热、电负荷要求。机组可选用多种能源并用，控制上采用“余热利用优先”的原则，余热不足或发电机不运行时，采用燃烧机补燃方法，为用户提供多样化的能源选择，确保系统经济性和可靠性。大型化和集中化管理，促进区域空调的迅速发展，可大幅降低机组装机总容量，减少设备总投资，提高制冷制热设备系统效率，同时确保了对燃料的集中管理，获得廉价的燃料、最少的人员配置等，有效降低系统运营成本。用户系统回收余热取消了压力容器（