連航 上海華電福新能源有限公司

“冷熱電”三聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)是直接面向用戶，按用戶需求就地生產(chǎn)并供應(yīng)能量的中小型能量轉(zhuǎn)換利用系統(tǒng)。同時(shí)，采天然氣做燃料源、能源的梯級(jí)合理利用可以降低地區(qū)污染物排放總量和強(qiáng)度。隨著支持政策的陸續(xù)頒布，分布式能源正在成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的重要方式。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃，到2020年底，全國(guó)將建成天然氣分布式能源項(xiàng)目147個(gè)，裝機(jī)容量將達(dá)到1654萬(wàn)千瓦。

但內(nèi)燃機(jī)作為“冷熱電”三聯(lián)供的核心，其性能和環(huán)境溫度密切相關(guān)。并且目前我國(guó)有不少以燃機(jī)發(fā)電設(shè)備集中在長(zhǎng)三角和珠三角[1]，兩地夏季平均溫度較高。因此未來(lái)分布式能源系統(tǒng)要在我國(guó)各地高效發(fā)展，必須保證內(nèi)燃機(jī)在極端天氣下的性能。

一、系統(tǒng)概況與參數(shù)

某天然氣分布式能源站，配有6臺(tái)4.4MW級(jí)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，采用一拖一方式相應(yīng)裝設(shè)6臺(tái)吸收式煙氣熱水型溴化鋰?yán)錈崴畽C(jī)組，構(gòu)成冷、熱、電三聯(lián)供的分布式能源供能系統(tǒng)。能源站采用“以冷熱定電、自發(fā)自用、余電上網(wǎng)”的運(yùn)行模式。

內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生95℃缸套水與360℃煙氣進(jìn)入溴化鋰機(jī)組；溴化鋰機(jī)組制冷狀態(tài)下額定進(jìn)口溫度為15℃，額定出口溫度為6.3℃。

二、進(jìn)排風(fēng)系統(tǒng)介紹

該能源站每臺(tái)內(nèi)燃機(jī)隔音小室由4臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)組成，進(jìn)風(fēng)量為128000m3/h，排風(fēng)量為105000m3/h。內(nèi)燃機(jī)房墻外排風(fēng)口與進(jìn)風(fēng)口處于同一垂直平面，高度差約為3.5米。由于空間限制，排風(fēng)管無(wú)法做延伸處理，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中存在內(nèi)燃機(jī)排風(fēng)與進(jìn)風(fēng)短路問(wèn)題，一部分排除的熱風(fēng)直接被進(jìn)風(fēng)口吸入，導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)口溫度高于環(huán)境溫度。

三、進(jìn)氣溫度對(duì)內(nèi)燃機(jī)的影響

當(dāng)機(jī)組進(jìn)氣溫度上升時(shí)，會(huì)使進(jìn)氣密度下降，燃機(jī)功率隨之下降[2]。摘取該天然氣分布式能源站2017年實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境氣溫高于32℃時(shí)，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣溫度將高于40℃。由于該能源站內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)邏輯設(shè)置，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣溫度將高于40℃時(shí)，進(jìn)風(fēng)溫度每上升1℃時(shí)，機(jī)組自動(dòng)降低2%發(fā)電負(fù)荷。

由進(jìn)氣溫度超限導(dǎo)致的自動(dòng)將功率降低了能源利用率，影響能源站經(jīng)濟(jì)效益。

四、燃機(jī)進(jìn)氣制冷改造

（一）目標(biāo)制定

通過(guò)上述分析，想要解決高溫天氣下內(nèi)燃機(jī)降負(fù)荷的問(wèn)題，必須降低內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣溫度。

結(jié)合實(shí)際情況，該能源站計(jì)劃加裝進(jìn)氣冷卻裝置對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)風(fēng)降溫，使內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣達(dá)到設(shè)計(jì)溫度[3]。冷卻裝置主機(jī)采用臥式制冷空調(diào)，安裝在燃機(jī)隔音罩進(jìn)風(fēng)口前，采用新風(fēng)工況運(yùn)行。為了不讓制冷空調(diào)影響內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣量，制冷空調(diào)機(jī)組出風(fēng)口與內(nèi)燃機(jī)進(jìn)風(fēng)口之間留有40cm空間，使得內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣50%經(jīng)空調(diào)冷卻，另外50%就地進(jìn)風(fēng)。

選擇制冷裝置主機(jī)參數(shù)時(shí)，應(yīng)保證大部分高溫天氣下機(jī)組能達(dá)到滿負(fù)荷要求，不考慮極端高溫天氣下的小部分降處理情況。

查閱該地區(qū)氣象資料，單月平均高溫最高為34℃，極端高溫為37℃，因此設(shè)定目標(biāo)是保證環(huán)境溫度35℃時(shí)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣溫度低于39℃。

（二）冷負(fù)荷計(jì)算

由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)及查閱焓濕圖后計(jì)算得空調(diào)進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口空氣焓差Δh=100.5-92.13=8.37kj/kg?？諝饷芏圈讶?.2kg/m3，進(jìn)風(fēng)量 v取64000m3/h，由 Q=ρ×Δh×v可得冷負(fù)荷為178.56KW，考慮20%安全系數(shù)后，冷負(fù)荷需求為214.27KW。

（三）設(shè)備參數(shù)及系統(tǒng)工藝流程確定

為了不影響供能，計(jì)劃從溴化鋰回水母管引入設(shè)計(jì)溫度為15℃的冷凍水作為空調(diào)進(jìn)水，設(shè)計(jì)出水溫度為20℃。

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，結(jié)合市場(chǎng)上已有的制冷裝置型號(hào)，確定選用制冷裝置主機(jī)參數(shù)如下：

制冷功率：215Kw；進(jìn)風(fēng)口溫度：43℃；出風(fēng)口溫度：35℃；冷凍水進(jìn)水溫度：15℃；冷凍水出水溫度20℃；主機(jī)風(fēng)量：64000m3/h。

由Q=cmΔT得設(shè)計(jì)流量為34.36t/h，考慮20%安全系數(shù)后得六臺(tái)內(nèi)燃機(jī)需要冷凍水流量為247.39t/h。

由于該能源站以熱定電，發(fā)電負(fù)荷較多變，因此計(jì)劃用兩臺(tái)水泵提供流量，當(dāng)運(yùn)行三臺(tái)及以下內(nèi)燃機(jī)時(shí)啟動(dòng)一臺(tái)水泵即可，單臺(tái)水泵設(shè)計(jì)流量為125t/h。

五、改造結(jié)果及結(jié)論

改造項(xiàng)目于2018年底完成，2019年夏季最高氣溫37℃，當(dāng)日4臺(tái)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行，開(kāi)啟兩臺(tái)水空調(diào)泵對(duì)燃機(jī)進(jìn)氣進(jìn)行冷卻后，內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣溫度最高為39.8℃。整個(gè)夏季未出現(xiàn)因?yàn)檫M(jìn)氣溫度超限而降負(fù)荷對(duì)現(xiàn)象，符合改造前制定的目標(biāo)。

利用溴化鋰回水對(duì)內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣制冷，保障了內(nèi)燃機(jī)高溫天氣滿負(fù)荷運(yùn)行，增加了經(jīng)濟(jì)效益。