燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统的比较_左政
燃气轮机和内燃机区别
燃气轮机和内燃机区别燃气轮机和内燃机的区别第一，发动机部件的运行方式不同，前者为高速旋转，而且工质气流朝一个方向流动；内燃机则可采用活塞等往复式吞吐，由于往复式做功其运动速度的限制，造成工质流量的制约，同样的大的机器内，燃气轮机的工质流量要大得多，功率也大，且结构简单，运行平稳。
第二、在燃气轮机内，各种热力过程，是在不同的部件内完成的，如压气机，燃烧室，透平，而内燃机多是在气缸内进行了所有的热力过程，所以此种组合，更加适用于不同的情况。
第三、燃气轮机做功的工质采用高温加热，高温放热，虽然在简单系统内的效率低，但却有很大的提高系统效率的潜力。
内燃机内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。
内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世。
广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。
活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。
往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等。
活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。
燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。
内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世。
燃气轮机（是内燃机的一种）燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
1燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。
燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统的比较_左政
燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统的比较左 政, 华 贲(华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室,广东广州510141) 摘 要: 介绍了美国建筑燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统的应用现状。
从变工况下的热电效率和火用效率两个方面比较了MW 级燃气内燃机和燃气轮机冷热电联产系统的技术性能,分析了两者在不同冷热电需求下的一次能耗。
对1～3MW 建筑冷热电联产系统,燃气内燃机具有明显的节能和经济效益,而燃气轮机联合循环适用于规模更大的系统。
关键词: 冷热电联产; 燃气轮机; 燃气内燃机; 节能中图分类号:T U995 文献标识码:A 文章编号:1000-4416(2005)01-0039-04Co m par ison Between Ga s Eng i n e and Ga s Turb i n e CCHP System sZ UO Zheng, HUA Ben(Key L ab of Hea t Transfer and Energy Conservation,South China U niversity of Technology,Guangzhou 510141,China ) Abstract: App licati on situati on of gas engine and gas turbine CCHP syste m s app lied in American buildings is p resented .Based on ther moelectric and exergy efficiencies under variable operati on condi 2ti ons,technical perf or mance of MW class gas engine and gas turbine CCHP system s is compared,and p ri m ary energy consump ti on of above t w o syste m s is analyzed under different de mand f or cooling,heat and power .It can be concluded that gas engine has more advantages in energy saving and econo m ic bene 2fits f or 1～3MW building CCHP syste m ,and gas turbine combined cycle would be app licable f or larger CCHP syste m. Key words: CCHP; gas turbine; gas engine; energy saving 基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G2*******); 广东省科技攻关项目(133-B27380) 随着我国天然气的快速开发,大力发展以天然气为一次能源的分布式冷热电联产系统的时机已经成熟。
分布式能源系统燃气发电机组特性及选型原则_张丹
燃气进气压力 / kPa
1 ～ 965 1 000 ～ 3 447
1 ～ 410
噪声 / dB
＜ 75
≤85
70 ～ 130
烟气中 NOx 体积分数
＜ 9 × 10 － 6 ≤42 × 10 － 6 ≤244 × 10 － 6
注： ①发电功率在 300 kW 以上的微型燃气轮机发电机组
⑤ 噪声、烟气中 NOx 体积分数。燃气内燃机 发电机组的噪声、烟气中 NOx 体积分数均较高，需 采取针对发电机组的降噪措施，并根据项目情况和 要求考虑是否设置烟气脱硝装置。微型、小型燃气 轮机发电 机 组 的 噪 声、烟 气 中 NOx 体 积 分 数 均 较 低，可根据用户要求和环境评价结果考虑是否采取 适当的防治措施。 2． 2 变工况特性
燃气轮机是以高温高压烟气为工质，把热能转 换为机械能 的 旋 转 式 动 力 机 械，包 括 压 气 机、燃 烧 室、透 平、控 制 系 统 和 辅 助 设 备 等。 基 本 工 作 过 程 为： 压气机连续地从大气中吸入空气并压缩，压缩后 的空气进入燃烧室，与喷入的燃气混合后燃烧，成为 高温高压烟气，流入透平中膨胀做功，驱动发电机发 电，透平同时为压气机提供驱动力。燃气轮机发电 机组根据发电功率可分为微型、小型、大中型。分布 式能源系统主要应用发电功率范围为 25 ～ 20 000 kW 的微型、小型燃气轮机发电机组。
① 微型燃气轮机发电机组 微型燃气轮机发电机组的设计衍生于涡轮增压 器及其辅助动力装置，采用径流式叶轮机械，即向心 式透平与离心式压气机，结构简单、紧凑，便于移动。 ② 小型燃气轮机发电机组 小型燃气轮机发电机组通常采用轴流式透平， 允许通过工质的流量较大，效率较高，结构上便于实 现多级形式，能够满足高膨胀比和较大功率的要求。 1． 2 燃气内燃机发电机组［3］ 通常所说的内燃机是指活塞式内燃机，其中又
燃气轮机和内燃机发电机组经济性分析
燃气轮机和内燃机发电机组经济性分析燃气轮机发电机组是一种将燃气燃烧产生的高温高压气体通过轮叶的反作用力驱动轴转动，进而带动电机发电的设备。
相比于内燃机发电机组，燃气轮机发电机组具有以下几个优点：首先，燃气轮机发电机组的热效率高。
燃气轮机的工作原理决定了其热效率较高，在50%以上，而内燃机的热效率一般为30%左右。
这意味着单位能源输入下，燃气轮机可以输出更多的电能。
其次，燃气轮机发电机组的启动时间短。
燃气轮机的启动时间通常在数分钟之内，而内燃机发电机组的启动时间则相对较长，可能需要几十秒到几分钟的时间。
这使得燃气轮机发电机组更适用于紧急发电和频繁开停机的场景。
此外，燃气轮机发电机组的维护成本低。
燃气轮机发电机组的维护工作主要集中在燃烧室和轴承等核心部件的维护，相对简单且成本较低。
而内燃机发电机组的维护工作较为复杂，需要定期更换机油、机滤等部件，成本较高。
但是，燃气轮机发电机组也存在一些不足之处，例如成本较高。
燃气轮机发电机组的购买和安装费用较高，且燃气轮机需配套的锅炉和废气余热利用系统等装备也会增加成本。
而内燃机发电机组的购买和安装成本较低。
此外，燃气轮机发电机组的适用范围有限。
燃气轮机发电机组主要适用于大规模发电和对供电质量要求较高的场景，例如工业厂区和城市中心等。
而内燃机发电机组则更适用于小型发电和移动电源的场景，例如建筑工地和野外作业等。
综上所述，燃气轮机和内燃机发电机组各有其适用的场景和优势。
在选择发电设备时，需要根据实际需求和具体情况综合考虑各种因素，包括投资成本、运行效率、维护成本等。
只有在经济效益和可靠性等方面取得平衡，才能实现最佳的经济性。
分布式能源站项目燃气轮机及内燃机选择比较
分布式能源站项目燃气轮机及内燃机选择比较摘要：本文介绍了分布式能源站的定义，内燃机的优缺点。
从排放标准、综合效率、热电比、机组规模等比较了燃气轮机和内燃机的选择。
热电比大、机组规模大、排放要求高的项目适合于采用燃气轮机配置；运行方式灵活、热电比低、机组规模小的项目适用于采用内燃机配置。
根据具体工程的特点采用不同的燃气发电装置，以便获得更好的经济效益和社会效益。
1.分布式能源的定义分布式能源是一种建在用户端的能效高、节能、环保的能源供应方式，目前许多发达国家已可以将分布式能源综合利用效率提高到70-90%以上，大大超过传统用能方式的效率。
我国对“分布式能源”的定义为：（1）利用天然气为燃料（2）通过冷热电分布式能源等方式实现能源的梯级利用（3）综合能源利用效率在70%以上（4）在负荷中心就近实现能源供应的现代能源供应方式。
热电联产系统的核心设备是燃气发电装置，目前主要有燃气轮机和内燃机两大类型。
燃气轮机又分为重型燃气轮机和轻型燃气轮机，燃气轮机、余热锅炉和蒸汽轮机又可组成联合循环。
由于全球经济和科学技术的高速发展，国际上主要的燃气发电装置的制造公司近十年来不断兼并、合资、转型，同时新产品又相继上市。
因此，热电联产建设过程中必须充分注意到这一点，根据工程的特点采用不同的燃气发电装置，以便获得更好的经济效益和社会效益。
2.内燃机的优缺点内燃机的优点是：1）高效率，燃气内燃机的效率明显高于燃气轮机，如图2-1所示。
图2-1内燃机效率与其他机组效率比较2）采用先进的稀薄燃烧发动机的燃气内燃机在环境温度40℃内均不会由于气温升高有任何功率下降。
3）单台机组可以在100～50%负荷变化范围内稳定运行如图2-2所示。
4）几乎不受启停次数的影响，频繁的启停只会影响到少数部件，多台机组并行时，可以按照需要任意启停任何一台或多台机组，从而保证在机组维护期间不间断运行。
5）内燃机的自耗电低，燃气进气压力低于燃气轮机，启动时间短于燃气轮机，大修周期长于燃气轮机。
燃气轮机和内燃机在天然气冷热电联供系统中的性能比较
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杨 昆 ，等 ：燃 气 轮 机 和 内 燃 机 在 天 然 气 冷 热 电 联 供 系 统 中 的 性 能 比 较
１ 技 术 性 能 比 较
１．１ 发 电 效 率 比 较 内燃机 发 电 效 率 较 高，通 常 在 ３５％ 以 上，甚
至超过了４０％；而微型和小 型 燃 气 轮 机 的 发 电 效 率约 为 ２８％ ～３５％，低 于 ４０％ 。 ［２］ 左 政、华 贲［４］ 以３ ＭＷ 的 燃 气 内 燃 机 （Ｇ３６１６ 型）和 燃 气 轮 机 （Ｃｅｎｔａｕｒ４０）为对象进 行 了 变 工 况 下 的 发 电 效 率 比较，得出此功率 下 燃 气 内 燃 机 的 发 电 效 率 高 于 燃气轮机１０％ 以 上，并 且 随 着 负 荷 率 的 降 低，两 者的发电效率均 呈 下 降 趋 势，且 下 降 的 幅 度 大 致 相同。同时，ＩＳＯ 标 准 对 燃 气 轮 机 和 内 燃 机 对 海 拔高度和环境温度的参考条件是不同的。例如， 先进的稀薄燃烧内燃机 在 海 拔 高 度１ ５００ ｍ 以 下 输出功率不用修正，且环 境 温 度 达 到 ４０℃ 前 功 率 不会有任何下 降［５］；但 燃 气 轮 机 却 是 每 超 海 平 面 １００ｍ，输 出 功 率 下 降 １．２％，并 且 环 境 温 度 在 １５℃ 以 上 时 ，燃 气 轮 机 的 效 率 下 降 。 １．２ 热 效 率 比 较
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｌ－ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ ｉｎ Ｎａｔｕｒａｌ－ｇａｓ－ｆｉｒｅｄ Ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｙａｎｇ Ｋｕｎ，Ｗａｎｇ Ｊｉａｎｇｊｉａｎｇ，Ｃｈｅｎｇ Ｗｅｎｙｕ
燃气轮机和燃气内燃及发电机组对比
燃气轮机和内燃机发电机组性能及经济性分析2014-9-9摘要：介绍燃气分布式能源系统配置。
对燃气轮机、燃气内燃机发电机组性能（性能参数、变工况特性、余热特性、燃气进气压力）、经济性等进行比较。
关键词：分布式能源系统；燃气轮机发电机组；燃气内燃机发电机组；经济性Analysis on Performance and Economy of GasTurbine and Gas Engine Generator UnitsAbstract ：The configuration of gas distributed energy system is introduced ．The performance of gas turbine generator unit includingperformance parameters ，variable conditionscharacteristics ，waste heat characteristics and gas inlet pressure as wellas the economy are compared with gas engine generator unit ．Keywords：distributed energy system ：gas turbine generator unit ；gas engine generator unit ；eeonomy1 概述燃气分布式能源系统（以下简称分布系统）是指布置在用户附近，以天然气为主要一次能源，采用发电机组发电，并利用发电余热进行供冷、供热的能源系统[1-11]。
主要设备包括发电机组、余热利用装置等，作为动力设备的发电机组是分布系统的关键。
分布系统通常采用的发电机组为燃气轮机发电机组（以下简称燃气轮机组）、燃气内燃机发电机组（以下简称内燃机组）。
燃气轮机组是以连续流动气体为工质，将热能转化为机械能的旋转式动力设备，包括压气机、燃烧室、透平、辅助设备等，具有结构紧凑、操作简便、稳定性好等优点。
燃气轮机与燃气内燃机对比
根据项目的建筑状况，能源站发电机组可以考虑使用燃气轮机和燃气内燃机。
针对本项目，分析如下：（1）目前，国内外在冷、热、电联产系统中使用的燃气轮机多为10MW以下的中小型机组和微型机组，且分为简单循环燃气轮机和回热循环燃气轮机。
由于结构和材料的限制，中小型、微型燃气轮机的透平温度通常低于900°C，往往压比在6.0以下，当采用简单循环时，发电效率一般不到20%，为改善性能，通常选用回热循环，此时，联产系统可将更多的能量输入转换为功输出，但降低燃气轮机透平的排气温度会对系统的冷、热输出产生较大影响，冷热电比都将下降，所以这种联产系统主要以输出电力为目的。
本区域供能能源站冷热负荷之和远大于电负荷，所以燃气轮机作为动力子系统并不是十分契合本能源站的性质要求。
采用回热循环的小型燃气轮发电机组的发电效率通常为30%左右，而燃气内燃发电机组发电效率可达到40%以上，在上海市目前的燃气价格和市电价格情况下，当优先选用发电效率高的设备，才可以更好的体现项目的经济性。
（2）燃气轮机所要求的燃气进气压力高（3.5~4.0MPa），一般需要设置专用的天然气调压站。
天然气调压站包括计量、过滤、压力调节、天然气分配、排放、排污、安全监测、电气控制等装置。
考虑到天然气调压站的特殊要求，它需要一些安全辅助设施，如：静电释放器、避雷针、天然气放散管路、危险气体检测器及灭火设备。
本项目没有空间单独设置燃气升压站。
（3）从冷、热、电联产的动力子系统经济性上说，由于小型进口燃气轮机的单位造价比进口内燃机的高，使得小型燃气轮机的联产系统的建设费用相对较高。
一般小型燃气轮机驱动的联产系统回收期多于内燃机联产系统。
此外小型燃汽轮机还有检修周期短、维修工作难度大、主要部件要返厂修理，运行维护费用较高等缺点。
目前国外较多的三联供能源站选择燃气内燃发电机组。
因为燃气内燃发电机组具有发电效率高、发电出力衰减受特殊恶劣地理环境影响最小的优势，在20～100MW 热电联产电厂或调峰电厂，以及楼宇式1～5MW 冷热电三联供系统中都普遍安装燃气内燃发电机组。
天然气分布式系统热(冷)-电比对系统运行的影响研究
天然气分布式系统热(冷)-电比对系统运行的影响研究王维;杨志丹;康楠【摘要】天然气分布式是以小型燃气轮机、微型燃气轮机和燃气内燃机为驱动的分布式能源系统.因原动机的特性不同,所产生的余热形式和品位也不尽相同,这导致不同的分布式系统热(冷)-电比的可调范围、系统效率和系统节能率等评价指标都有较大区别.本文根据适用于天然气分布式系统机型的实际运行参数进行了深入研究,探索三类天然气分布式系统各自的特点和适于应用的情况.结果表明:小型燃气轮机系统对外输出的热(冷)-电比最高可达2左右,其他两种系统最高只能达到1左右.燃气内燃机系统效率是三种系统中最高的可达83.5％;小型燃气轮机分布式系统效率整体略低于燃机内燃机分布式系统最高,达到72.9％;微型燃气轮机的系统效率与另外两种系统相比相差很多,最高只能达到59.8％.三种系统的系统节能效率情况与系统效率类似.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2015(033)003【总页数】5页(P230-234)【关键词】天然气分布式;热(冷)-电比;系统效率;系统节能率【作者】王维;杨志丹;康楠【作者单位】哈尔滨工业大学能源科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001;中国船舶重工集团公司第七○三研究所,黑龙江哈尔滨 150001;吉林医药设计院有限公司,吉林长春130000【正文语种】中文【中图分类】TK470 引言天然气分布式能源系统是指以天然气为原动机燃料，通过冷、热、电三联供等方式，实现能源的梯级利用的能源输出系统。
除了区域供电外，还能为用户提供制冷、采暖、生活用热水等能源需求［1］。
在大大的减少了远程电网输配电的能量消耗的同时，实现了能源的梯级利用，使燃料的利用率达80%左右。
目前许多发达国家都十分重视天然气分布式能源的应用和研究，目标是为了将能源利用和环保水平提高到更高层次。
早在1978 年，美国就已经开始提倡发展天然气分布式能源系统。
1999 年美国提出了“CCHP 创意”和“CCHP2020 年纲领”，该计划拟在20 年内大力推广以天然气为代表的分布式冷热电联产系统［2］。
燃气内燃机与燃气轮机分布式供能系统的对比分析 韩东
燃气内燃机与燃气轮机分布式供能系统的对比分析韩东摘要：随着可持续发展战略的深入推广，节能减排成为各行业发展的方向。
对于满足用户生活的冷热电需求的燃气三联供来说，也开始使用新型的燃气内燃机和燃气轮机两种新的分布式供能系统，本文先简要地介绍了相关的理论知识并着重分析对比了两种分布式供能系统的差别。
关键词：燃气内燃机；轮机；分布式供能；对比前言国民经济的高速发展不仅提高了居民的生活水平，也在新的发展阶段重视生态环境保护，天然气作为清洁能源也在此形势下得以发展，继而为燃气内燃机和燃气轮机的使用提供了便利条件。
这两种形式的分布式供能系统比以往的冷热电三联供方式有明显的优势，为此分析存在的差别对实际应用有现实意义。
1燃气内燃机与燃气轮机的相关理论燃气内燃机和轮机从应用的范围来看都属于冷热带三联供系统中的发电装置，主要是应用于分布式供能系统。
燃气内燃机是由缸体、曲轴、衬垫以及连杆均等部件组成，相比与柴油内燃机压力降低了约45%左右，大大地延长了机组和燃料的使用时间，再加上内燃机的组成结构比较紧凑、机动性能也很强、维修养护的步骤简便等优点，是当前一种主要的供能发电装置。
而燃气轮机的发展比前者略晚，虽然从属于内燃机的范畴内但由于受到空间和时间的限制比传统内燃机在安全性上有所提高，组成构件也只有内燃机的六分之一左右，但使用寿命较短且多为耐高温性能强的高成本材料，使其使用范围没有前者广泛[1]。
燃气内燃机和轮机之所以能够应用于分布式供能系统中，与系统自身的工作原理关系很大，再有比较两种设备的差别需要从此系统着手。
分布式供能系统的工作原理概括来说主要是通过温度的变化进行梯度利用，具体的工作步骤如下。
第一步，燃气机械发电设备会对进入的天然气进行燃烧处理，反应生成温度和压力都比较高的气体作为发电的主要能源，从而输出质量和效能高的电力资源。
接着，燃烧反应完成后电力输出完成，燃气机械内部残余的温度需经过安装在中温段的回收装置再次加工，用以提供用户需要的冷、暖资源，并在末端的烟气处理装置中实现供热转换和热水的排放。
燃气内燃机和燃气轮机的比较和区别
燃气内燃机和燃气轮机的比较和区别文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-燃气内燃机的发电效率通常在30％－40％之间，比较常见的机型一般可以达到35％。
燃气内燃机最突出的优点正是发电效率比较高，其次是设备集成度高，安装快捷，对于气体中的粉尘要求不高，基本不需要水，设备的单位千瓦造价也比较低。
但是内燃机也有一些不足的地方，首先，内燃机燃烧低热值燃料时，机组出力明显下降，一台燃烧低热值8000大卡/立方米天然气燃料的500千瓦级燃气内燃发电机组，在使用低热值4000大卡/立方米的焦化煤气时，出力可能下降到350～400kW左右。
此外，内燃机需要频繁更换机油和火花塞，消耗材料比较大，也影响到设备的可用性和可靠性两个主要设备利用指标，对设备利用率影响比较大，有时不得不采取增加发电机组台数的办法，来消除利用率低的影响。
内燃机设备对焦化煤气中的水分子含量和硫化氢比较敏感，可能导致硫化氢和水形成硫酸腐蚀问题，需要采取一些必要措施加以克服。
燃气轮机比较适用于高含氢低热值和气体含杂质较多的劣质燃料，一些燃气轮机甚至使用原油和高硫渣油燃料。
燃气轮机自身的发电效率不算很高，一般在30％～35％之间，但是产生的废热烟气温度高达450～550℃，可以通过余热锅炉再次回收热能转换蒸汽，驱动蒸汽轮机再发一次电，形成燃气轮机--蒸汽轮机联合循环发电，发电效率可以达到45%~50%，一些大型机组甚至可以超过55％。
采用燃气轮机的优势相对比较多，首先是设备的可用性和可靠性都比较高，综合利用率一般可以保持在90％；其次，对于燃料的适应性比较强，含硫、含尘高一点问题都不大；再有就是发电出力一般不会减少，甚至因为燃料进气量增加而有所增加；此外，燃气轮机功率密度大体积小，比较适合再移动，便于转移运行现场，这对于存在一些不确定性的焦化厂项目的焦化煤气利用非常有利。
但是，世上的事务有一利，必有一弊，没有十全十美的事情。
燃气内燃机、燃气轮机、汽轮机的区别(文书特制)
一、燃气轮机、燃气内燃机、汽轮机的简单对比燃气轮机有燃烧室，燃料在燃气轮机燃烧室内燃烧，驱动涡轮，带动压气机和负载（没有自由涡轮），有自己的动力源，是旋转式机械。
燃气内燃机是汽缸内部的高压燃烧室燃烧爆发产生动力，它有自己的动力源，但它是往复式机械。
汽轮机是靠水蒸气驱动涡轮，带动负载，没有自己的动力源，也是旋转式机械。
二类特制#二类特制#二、燃气内燃机和燃气轮机的详细对比项目燃气内燃机燃气轮机英文名 Gas Engine Gas Turbine 别名燃气引擎燃气透平定义往复式运动机械，将燃料（如天然气）与空气注入汽缸混合，点火引发其爆炸做功，推动活塞运动，驱动发电机发电 涡轮式（旋转式）热力流体机械，主要由压气机、燃烧室和涡轮机组成。
压气机将空气压缩进入燃烧室，在燃烧室内与喷入的燃气（如天然气）混合燃烧，之后在涡轮机里膨胀，驱动叶轮转动，使其驱动发电机发电容量范围 2～100000kW ，50～4000kW 较常用 500～25000kW ，1000kW 以上较常用发电效率 35～47%，环境改变对发电效率基本无影响20～38%，空气温度升高、海拔高度增高会导致发电效率降低 输出电压 400V ，6.3kV 、10.5kV （1000kW 以上机组，需特别定制） 6.3kV 、10.5kV燃气压力 ≤0.4MPa≥1.4MPaNOx 排放 （含氧量15%）200～500ppm （有控制时） 65～300ppm （无控制时），8～25ppm （低氮燃烧） 余热形式烟气、冷却水 烟气温度400～600℃ 缸套冷却水80～110℃中冷器、润滑油冷却水40～65℃烟气烟气温度400～650℃余热利用 回收烟气和各部件冷却水用于制冷或供热（中冷器、润滑油冷却水不能用于制冷） 回收烟气用来制冷，烟气也可以进余热锅炉产生蒸汽再供热或制冷余热利用设备烟气热水型余热直燃机烟气型余热直燃机二类特制# 板式换热器；余热锅炉（热水）余热锅炉（蒸汽）余热利用系统较复杂，部分冷却水温度较低不回收利用较简单，只有烟气需回收利用噪声控制低频噪声较多，不易控制高频噪声较多，易屏蔽机组尺寸体积较大同等发电输出下体积小设备重量重较轻日常维护项目较多，操作较复杂，费用高项目少，简单，费用相对较低大修周期40000～64000h 60000h机组价格较低较高。
燃气轮机和内燃机区别
燃气轮机和内燃机区别燃气轮机和内燃机的区别第一，发动机部件的运行方式不同，前者为高速旋转，而且工质气流朝一个方向流动；内燃机则可采用活塞等往复式吞吐，由于往复式做功其运动速度的限制，造成工质流量的制约，同样的大的机器内，燃气轮机的工质流量要大得多，功率也大，且结构简单，运行平稳。
第二、在燃气轮机内，各种热力过程，是在不同的部件内完成的，如压气机，燃烧室，透平，而内燃机多是在气缸内进行了所有的热力过程，所以此种组合，更加适用于不同的情况。
第三、燃气轮机做功的工质采用高温加热，高温放热，虽然在简单系统内的效率低，但却有很大的提高系统效率的潜力。
内燃机内燃机是一种动力机械，它是通过使燃料在机器内部燃烧，并将其放出的热能直接转换为动力的热力发动机。
内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世。
广义上的内燃机不仅包括往复活塞式内燃机、旋转活塞式发动机和自由活塞式发动机，也包括旋转叶轮式的燃气轮机、喷气式发动机等，但通常所说的内燃机是指活塞式内燃机。
活塞式内燃机以往复活塞式最为普遍。
往复活塞式内燃机的组成部分主要有曲柄连杆机构、机体和气缸盖、配气机构、供油系统、润滑系统、冷却系统、起动装置等。
活塞式内燃机将燃料和空气混合，在其气缸内燃烧，释放出的热能使气缸内产生高温高压的燃气。
燃气膨胀推动活塞作功，再通过曲柄连杆机构或其他机构将机械功输出，驱动从动机械工作。
内燃机以其热效率高、结构紧凑，机动性强，运行维护简便的优点著称于世。
燃气轮机（是内燃机的一种）燃气轮机是以连续流动的气体为工质带动叶轮高速旋转，将燃料的能量转变为有用功的内燃式动力机械，是一种旋转叶轮式热力发动机。
1燃气轮机的工作过程是，压气机(即压缩机)连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气进入燃烧室，与喷入的燃料混合后燃烧，成为高温燃气，随即流入燃气透平中膨胀作功，推动透平叶轮带着压气机叶轮一起旋转；加热后的高温燃气的作功能力显著提高，因而燃气透平在带动压气机的同时，尚有余功作为燃气轮机的输出机械功。
发电厂中汽轮机与燃气轮机的区别,燃气轮机与其他内燃机的区别
汽轮机、燃气轮机和内燃机的定义
汽轮机是外燃机，它利用燃料燃烧去加热其他工质做功从而产生机械能的热机。
燃气轮机是内燃机的一种，它与通常所说的内燃机（活塞式内燃机）的工作原理是相同的。
它们都是利用燃料燃烧的产物作质做功从而产生机械能的热机。
内燃机与外燃机（汽轮机）的区别
1、内燃机热效率高于外燃机，体积，质量都要小于外燃机（汽轮机）
2、外燃机（汽轮机）用途广泛，而内燃机一般只在用电高峰期用于调峰，
燃气轮机和内燃机的区别
1、发动机部件的运行方式不同，燃气轮机是连续流动的气体带动高速旋转来作功的；内燃机则可采用高温高压的燃气膨胀推动活塞来作功的。
在同样的大的机器内，燃气轮机的工质流量要大得多，功率也大，且结构简单，运行平稳。
2、在燃气轮机内，各种热力过程，是在不同的部件内完成的，如压气机，燃烧室，透平，而内燃机多是在气缸内进行了所有的热力过程。
3、燃气轮机做功的工质采用高温加热，高温放热，虽然在简单系统内的效率低，但却有很大的提高系统效率的潜力。
内燃机与燃气轮机的差异对比
The Difference and Comparison between Internal Combustion Engine and Gas Turbine
WU Saite (SAIC Motor, Shanghai 200438)
Abstract: Gas turbine and internal combustion engine are two kinds of common heat engines. In this paper, the differences between their structural features, the working process, the thermal parameters and the operating pedormance are emphatically expounded. The comparison and analysis between them are combined with the speci:ic application of highway trans port, water transport, railway trans po此， air transpo此， power generation and military weapon system. The advantages of gas turbine are its more powedul output, light and tiny structure, easy to start and change speed, s uperior adaptability of e nvironment and fuel , much easier maintenance, which makes it plays an important role in air transpo时ation and military fields. While the internal combustion engine owns the significant advantage of lower fuel consumption, which makes it has been widely used in highway trans port, water transpo吐，railway transport, and other civil a pplications. This article provides nece田ary theoretical basis for the researchers in the related fields. Keywords: internal combustion engine; gas turbine; heat engine; struct盯e; operation; difference
燃气内燃发电机与燃气轮发电机的技术特点 及其在分布式发电领域的应用对比
２０２１年第１期第２７卷（总第１７４期）－５７㊀－工艺研究中的应用现状［Ｊ］ 焊接，２００８（９）：９⁃１２［２］ＤｏｕｇｌａｓＣ Ｍｏｎｔｇｏｍｅｒｙ 实验设计与分析［Ｍ］北京：人民邮电出版社，２００９［３］张泽志，韩春亮，李成未，等 响应面法在试验设计与优化中的应用［Ｊ］ 河南教育学院学报（自然科学版），２０１１，２０（４）：３４⁃３７ ［４］李亚江 先进材料焊接技术［Ｍ］ 北京：化学工业出版社，２０１２，４３．燃气内燃发电机与燃气轮发电机的技术特点及其在分布式发电领域的应用对比４燃气内燃机与燃气轮机的热效率对比内燃机和燃气轮机的余热利用形式不同㊂燃气轮发电机发电后的余热以排烟形式排出，排烟温度在４５０ ５５０ħ，而内燃发电机余热的一半以４００４５０ħ的烟气形式排出，还有一半以８０ ９０ħ的冷却液排出㊂由于燃气轮发电机的余热品位较高，易于回收，因此其余热回收利用效率高于内燃发电机㊂以燃气内燃机和燃气轮机为例，进行变工况下的余热利用的效率比较可知，燃气轮机的余热利用效率随着负荷率的降低有上升趋势㊂因此，对于冷㊁热负荷变化较大的终端用户，燃气内燃发电机冷㊁热电联供系统在部分负荷下具有更好的热电总效率和经济性㊂随着负荷率的降低，内燃发电机和燃气轮发电机二者的发电效率均呈下降趋势，且下降的幅度大致相同㊂对于余热利用，燃气轮内燃发电机机的余热利用效率明显高于燃气内燃发电机机，其中燃气轮内燃发电机机的余热利用效率随着负荷率的降低而降低，而燃气内燃发电机的余热利用效率随着负荷率的降低有上升趋势㊂当流量基本保持不变时，燃气轮机的烟气出口温度随负荷率的减小而降低；而燃气内燃机与燃气轮机不同，某一负荷率下，空气流量随负荷率的减小而减小，烟气出口温度反而呈上升趋势㊂因此，尽管二者在额定工况下具有大致相同的热电总效率，燃气内燃机具有比燃气轮机更好的部分负荷特性㊂５一次能源利用率的对比常用的一次能源利用率（也称系统热效率或总能利用效率）是指系统输出能量与输入能量的比值，并将功㊁热㊁冷等同看待，可以直接相加㊂因此，冷㊁热电联供系统的一次能源利用率越高，表明系统的热力性能越好㊂分布式能源系统中很重要的技术参数之一是系统的热电比σ（σ＝Ｑ／Ｗ㊂Ｑ为系统所需的热（冷）能，Ｗ为系统所需的电能）㊂σ分为２类：一类是需求侧热电比，即系统负荷特性中的负荷热电比，另一类是供应侧热电比，即分布式能源系统的热电比㊂热电比是分布式能源机组的技术经济指标，它反映了分布式能源系统的运行水平和管理效益，是重要的技术经济指标之一㊂在供热季节，内燃发电机型和燃气轮发电机型联供系统的一次能源利用率相差不多；在供冷季节，内燃发电机型联供系统的一次能源利用率比燃气轮发电机型联供系统的一次能源利用率约低１９％㊂当用户负荷的平均热电比在１ ５ ２ ５时，燃气轮机和燃气内燃机的一次能源利用率基本相同；当用户负荷的平均热电比低于这一范围时，燃气内燃机系统的节能性占优势；当用户负荷的平均热电比高于这一范围时，燃气轮机系统的节能性占优势㊂６燃气内燃发电机与燃气轮发电机对环境的影响对比天然气属于清洁能源，ＳＯ２和烟尘的排放量都可忽略不计㊂但在相同的发电量下，燃气内燃发电机的ＮＯｘ的排放浓度通常为燃气轮发电机的５ １０倍，因此燃气轮机在环保方面具有更好的竞争力㊂７燃气内燃发电机与燃气轮发电机的优劣势对比７ １燃气内燃发电机的优势与劣势７ １ １燃气内燃发电机的技术优势相对于其他动力机械来说，燃气内燃机的主要优势如下：１）规格齐全，价格低廉：在市场上，燃气内燃机的规格从１ ５ＭＷ以上都有销售，对用户来总1２０２１年第１期第２７卷（总第１７４期）－５８㊀－说有广阔的选择余地，同样规格的燃气内燃机比燃气轮机投资更低㊂２）热能输出：内燃机能根据用户需要同时输出热水和低压蒸汽㊂３）起动快：快速起动的特性使得燃气内燃发电机能够从停止状态很快地恢复工作，在用电高峰或紧急情况下，燃气内燃发电机能够很快地根据需求来供电㊂４）起动耗能小：在突然停电的情况下，起动燃气内燃发电机只需要很少的辅助电力，通常只要蓄电池就足够了㊂５）部分负荷运行性能好：因为燃气内燃发电机在部分负荷下运行仍能维持较高的效率，这就保证了燃气内燃发电机在用户不同的用电负荷情况下都能有较好的经济性㊂当燃气内燃发电机在５０％负荷下运行时，其效率只比满负荷运行时低８％１０％，而燃气轮发电机在部分负荷下运行时，效率通常要比满负荷运行时低１５％ ２５％㊂６）可靠性和安全性：实践证明，只要给予适当的维护，燃气内燃发电机的运行可靠性是相当高的㊂７）环保性：与汽油㊁柴油内燃机不同，燃气内燃机排放的ＮＯｘ相当低，环保性能优良㊂７ １ ２燃气内燃机的技术劣势燃气内燃机的不足之处是：体积大，重量大；运行费用较高；噪声大，通常超过１００ｄＢ；余热回收复杂，需要对烟气㊁发动机冷却液㊁中冷器三段热量进行回收；供热量小㊂７ ２燃气轮机发电的优势与劣势７ ２ １燃气轮发电机的技术优势燃气轮发电机的主要优点有：功率大㊁体积小㊁投资小㊁运行成本低和寿命周期较长㊂由于回转运动部件和机械性往复部件少，机械摩擦部件少㊁振动小，与低频㊁振动多的往复式内燃发电机相比，节省润滑油，噪声比较容易处理；此外，可以使用煤油㊁重油等劣质燃料，适用性强㊂７ ２ ２燃气轮发电机的技术劣势燃气轮发电机的不足之处在于，其涡轮机内有高温燃气，需用耐高温材料制造涡轮叶片，生产成本略高；由于受到目前材料和冷却技术的限制，不能选用过高的燃气温度，因此，单机热效率不如燃气内燃发电机，经济性较差；燃气温度高，对材料有腐蚀作用，影响涡轮机的使用寿命㊂８基于分布式发电系统的发电设备选用原则在分布式能源系统设计过程中，发电设备的选型是系统设备选型的关键㊂发电设备种类和容量的选择是否与用户的负荷特性相匹配，将会对系统形式的配置㊁系统运行模式和运行策略带来完全不同的设计，进而影响系统的能源评价指标㊁经济评价指标和环境评价指标㊂发电设备选型一般遵循安全可靠性㊁能源利用高效性㊁优良的项目经济性等原则㊂同时，选型应根据用户热电负荷状况及外部条件，经技术经济比较后确定㊂其中，用户热电负荷是指冷㊁热负荷性质，热电负荷比例等；外部条件是指燃气供应条件㊁场地条件㊁环保要求㊁资金情况等㊂发电设备的类型对于天然气分布式能源系统而言，主要有柴油机㊁燃料电池㊁燃气内燃机和燃气轮机等几类，其相关技术参数对比如表１所示㊂表１ 不同发电设备用于分布式发电的参数对比参数发电设备类型柴油机发电机燃料电池发电机燃气内燃发电机燃气轮发电机满负荷发电效率／％３５ ４５４０２５ ３５２０ ３０部分负荷发电效率／％３０（５０％负荷）４０２３ ３０（５０％负荷）２０ ２５（５０％负荷）平均热回收效率／％１６４０４０５１初期投资／（美元／ｋＷ）２０００６３６４２２７３１８２０㊀㊀发电设备种类的选择通常根据需求侧热电比和供应侧热电比的对应情况来进行选择㊂通常，根据系统负荷特性进行分析，当其为高需求侧热电比时，则宜选用燃气轮机㊂当其为低需求侧热电比时，则宜选用柴油机㊁燃气内燃机或燃料电池㊂一般情况下，燃气轮发电机的发电效率相对其他种类的发电设备更低，但其余热回收量通常较多，即柴油发电机与燃气内燃发电机多属于设备热电比较高的发电设备㊂燃气内燃发电机相对于燃气轮发电机而言，发电效率更高，但其余热回收量通常就要少一些，则其系统热电比就会比燃气轮发电机更小；燃料电池发电机尽管在实际的分布式能源系统中应用不常见，但其属于发电效率高㊁余热回收量相对小的发电设备，仍有着独到的技术优势㊂（待续）伍赛特（编辑部特约撰稿人）总2。
分布式能源系统原动机选型方法研究
，
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缺 点
０ ＮＩＲＣＥ ６ ＮＹＮＶ ＳＧＥＧＯＲ ＨＨ Ｅ Ｓ… ＡＡ
节
能
论
坛
衄
原 动机 选 型需 考虑 冷热 电负荷 特 性 ，热 电 比 ， 原 动机 动 力性 能和 变 工况特 性 ， 环境 影 响特 性 等 因 素 。 目前 ， 由于 技术 性 、 安全 可 靠性 、 济 性等 方面 经 原 因 ， 气 内燃机 与 燃 气轮机 应 用较 多。 燃 因此 ， 文 本
２） 电比 因素分 析 。 热 分布 式供 能 系统 随所选 用
的原动机 种 类 、 原动 机 功率 大小 不 同而 热 电 比有 所
，、
不 同。燃 气 内燃机 的发 电效 率 明显高 于 燃气 轮机 ， 因此燃 气 内燃 机 可 以回收 的余 热部 分 比燃 气 轮 机
少 ， 应 的热 电比略低 。燃 气 轮机 虽 然热 电比高 但 相 是其 排烟 损 失大 ， 热效率 相 应低 。 因此 热 电 比的 总 确 定是 原 动机 选型 时 的重 要参 照 因素 。相 对 而言 ，
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高 的用户 建议选 用 内燃机 。 ５） 影响特 性。因环境 环境 温度 引起 的空气 密度 的 变化 ，
燃气轮机和内燃机区别
燃气内燃机的发电效率通常在30％－40％之间，比较常见的机型一般可以达到35％。
燃气内燃机最突出的优点正是发电效率比较高，其次是设备集成度高，安装快捷，对于气体中的粉尘要求不高，基本不需要水，设备的单位千瓦造价也比较低。
但是内燃机也有一些不足的地方，首先，内燃机燃烧低热值燃料时，机组出力明显下降，一台燃烧低热值8000大卡/立方米天然气燃料的500千瓦级燃气内燃发电机组，在使用低热值4000大卡/立方米的焦化煤气时，出力可能下降到350～400kW左右。
此外，内燃机需要频繁更换机油和火花塞，消耗材料比较大，也影响到设备的可用性和可靠性两个主要设备利用指标，对设备利用率影响比较大，有时不得不采取增加发电机组台数的办法，来消除利用率低的影响。
内燃机设备对焦化煤气中的水分子含量和硫化氢比较敏感，可能导致硫化氢和水形成硫酸腐蚀问题，需要采取一些必要措施加以克服。
燃气轮机比较适用于高含氢低热值和气体含杂质较多的劣质燃料，一些燃气轮机甚至使用原油和高硫渣油燃料。
燃气轮机自身的发电效率不算很高，一般在30％～35％之间，但是产生的废热烟气温度高达450～550℃，可以通过余热锅炉再次回收热能转换蒸汽，驱动蒸汽轮机再发一次电，形成燃气轮机--蒸汽轮机联合循环发电，发电效率可以达到45%~50%，一些大型机组甚至可以超过55％。
采用燃气轮机的优势相对比较多，首先是设备的可用性和可靠性都比较高，综合利用率一般可以保持在90％；其次，对于燃料的适应性比较强，含硫、含尘高一点问题都不大；再有就是发电出力一般不会减少，甚至因为燃料进气量增加而有所增加；此外，燃气轮机功率密度大体积小，比较适合再移动，便于转移运行现场，这对于存在一些不确定性的焦化厂项目的焦化煤气利用非常有利。
但是，世上的事务有一利，必有一弊，没有十全十美的事情。
燃气轮机进气压力比较大，越是发电效率高的机组燃料进气压力越高，因为焦化煤气本身没有什么压力，这就需要使用燃气压缩机，压缩燃气需要消耗大量的能量，影响到设备的实际输出功率，一些项目甚至需要消耗燃气轮机15%~20%的功率，对于联合循环项目达到影响可能是10%~15%的输出功率；采用联合循环系统存在与蒸汽轮机相同的水资源条件要求，系统比较复杂，投资也比较大，同时搬迁也比较困难。
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燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统的比较左 政, 华 贲(华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室,广东广州510141) 摘 要: 介绍了美国建筑燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统的应用现状。
从变工况下的热电效率和火用效率两个方面比较了MW 级燃气内燃机和燃气轮机冷热电联产系统的技术性能,分析了两者在不同冷热电需求下的一次能耗。
对1～3MW 建筑冷热电联产系统,燃气内燃机具有明显的节能和经济效益,而燃气轮机联合循环适用于规模更大的系统。
关键词: 冷热电联产; 燃气轮机; 燃气内燃机; 节能中图分类号:T U995 文献标识码:A 文章编号:1000-4416(2005)01-0039-04Co m par ison Between Ga s Eng i n e and Ga s Turb i n e CCHP System sZ UO Zheng, HUA Ben(Key L ab of Hea t Transfer and Energy Conservation,South China U niversity of Technology,Guangzhou 510141,China ) Abstract: App licati on situati on of gas engine and gas turbine CCHP syste m s app lied in American buildings is p resented .Based on ther moelectric and exergy efficiencies under variable operati on condi 2ti ons,technical perf or mance of MW class gas engine and gas turbine CCHP system s is compared,and p ri m ary energy consump ti on of above t w o syste m s is analyzed under different de mand f or cooling,heat and power .It can be concluded that gas engine has more advantages in energy saving and econo m ic bene 2fits f or 1～3MW building CCHP syste m ,and gas turbine combined cycle would be app licable f or larger CCHP syste m. Key words: CCHP; gas turbine; gas engine; energy saving 基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(G2*******); 广东省科技攻关项目(133-B27380) 随着我国天然气的快速开发,大力发展以天然气为一次能源的分布式冷热电联产系统的时机已经成熟。
分布式冷热电联产系统的规模从数十k W 到上万k W ,原动机有微燃机、燃气内燃机和燃气轮机等。
根据我国目前的用能状况和技术经济水平,从100k W 到数千k W 的小型分布式冷热电联产系统将占领我国建筑用能的主要市场。
燃气内燃机和燃气轮机的热电联产技术均相当成熟,其中燃气内燃机的额定功率通常在50～5000k W ,而燃气轮机的发电功率在800k W 以上。
对于1000k W 到数千k W 的冷热电联产系统,存在两种原动机选择。
本文对此功率范围内的燃气内燃机和燃气轮机冷热电联产系统的技术性能和节能与经济性进行分析。
1 应用现状美国从20世纪70年代开始发展冷热电联产技术,建筑冷热电联产系统是其重要的应用领域。
根据1999年的统计资料,美国在商业、公共建筑中已运行的分布式冷热电系统980座,总装机容量4926MW ,其中内燃机系统770座,平均装机容量0.7第25卷 第1期2005年1月 煤气与热力G AS &HE AT Vol .25No .1Jan .2005MW;燃气轮机简单循环系统104座,平均装机容量9.0MW;燃气轮机联合循环系统27座,平均装机容量78.1MW[1]。
对小于15MW容量的系统,两者装机情况比较见表1,其中括号内为燃气轮机联合循环系统。
表1 美国不同规模建筑冷热电联产系统内燃机与燃气轮机装机情况比较Tab.1 Comparis on of installed capacity of gas engine and gas turbine under different scale of CCHP in American buildings功率/MW内燃机燃气轮机数量/座平均功率/MW数量/座平均功率/MW0～16620.1420 0.771～5832.1942 2.815～10165.9916(3)6.09(7.40) 10～15712.3711 12.67 由表1可知,对于1MW以下的冷热电联产系统,内燃机占据了绝对主导地位,这是由于此容量范围内的燃气轮机发电效率通常较低,节能和经济效益不明显。
对1～5MW的冷热电联产系统,燃气轮机数量大约为内燃机的一半。
对于5～10MW及以上范围,燃气轮机占据了主导地位,这是因为此范围内燃气轮机一次发电效率通常已在30%以上,如果进一步采用联合循环,整个系统的发电效率、调节灵活性和经济效益都将大大提高。
2 技术性能比较① 变工况特性比较以3MW燃气内燃机(G3616型)和燃气轮机(Centaur40)为对象进行比较。
根据基本参数和热力学计算,两者在变工况下的热效率和发电效率比较如图1所示。
图1 3MW燃气内燃机和燃气轮机不同负荷率下热效率和发电效率的比较Fig.1 Comparis on of heat and power efficiencies of3MWgas engine and gas turbine under different l oad fact ors由图1可知,此功率下燃气内燃机的发电效率高于燃气轮机10个百分点以上。
随着负荷率的降低,两者发电效率均呈下降趋势,且下降的幅度大致相同。
对于余热利用(最终烟气排放温度为120℃),燃气轮机的余热利用效率明显高于燃气内燃机,其中燃气轮机的余热利用效率随着负荷率的降低而降低,而燃气内燃机的余热利用效率随着负荷率的降低有上升趋势。
这是因为当原动机负荷率减小时,燃气轮机的进口空气流量基本保持不变,其烟气出口温度随负荷率减小而降低;而燃气内燃机的进口空气流量随负荷率减小而减小,出口烟气温度反而呈上升趋势。
因此,尽管两者在额定工况下具有大致相同的热电总效率,燃气内燃机具有比燃气轮机更好的部分负荷特性。
显然,对于那些冷热负荷波动较大的终端,而其系统又不能采用联合循环形式,燃气内燃机冷热电联产系统在部分负荷下将具有更高的热电效率和经济性。
② 不同负荷率下火用效率比较尽管内燃机一次发电效率较高,但其余热有一部分是低品位热水(温度为90～99℃),只能用于供热或作为单效吸收式制冷机组的热源,而且该部分热量份额较大,通常占总余热量的1/3～1/2。
燃气轮机的余热品位较高,烟气温度一般为450～600℃[2],可产生参数较高的蒸汽,进一步形成燃气-蒸汽联合循环发电系统,可提高系统的发电效率。
因此,单纯地以热效率和发电效率来评价它们的性能是不够的,下面从火用的角度对两种原动机的效率进行比较。
对于纯物质,火用e可以用下式计算[3]: e=(h-h)-T(s-s)(1)式中 e———火用 h、s———系统温度下的焓与熵 h、s———物质在环境温度T下的焓与熵如果将烟气视为纯物质,内燃机的冷套冷却水进出口温度为85～95℃,计算得到两者在不同负荷率下的火用效率如图2所示。
由图2可知,在满负荷工况下,燃气轮机的火用效率高于燃气内燃机,这是由于燃气轮机的余热品位相对较高;当负荷率降低至0.8以后,燃气内燃机的火用效率高于燃气轮机,说明内燃机具有更好的部分负荷特性。
当然,整个冷热电联产系统的火用效率还取决于余热利用设备的性能和最终热(冷)利用的第1期 煤气与热力 第25卷状态参数。
环保效益是以天然气为一次能源的冷热电联产系统的一个优势,在相同发电量下,燃气内燃机的NO x 的排放浓度通常为燃气轮机的5～10倍[1],因此,燃气轮机在环保方面具有更大的竞争力。
图2 3MW 燃气内燃机和燃气轮机不同负荷率下火用效率的比较Fig .2 Comparis on of exergy of 3MW gas engine and gasturbine under different l oad fact ors3 燃料耗量的比较用户实际需求热(冷)电比是冷热电联产系统设计选型的一个重要因素,一般根据用户需求热(冷)电比来选择相应的原动机类型和容量,使得系统设计的热(冷)电比能够与用户需求一致,尽量避免补燃和余热排空现象,从而获得较大的节能和经济效益。
对于建筑冷热电联产系统,冷热负荷全年波动较大,就不得不经常采用补燃或烟气部分排空的方式进行调节。
下面比较燃气内燃机和燃气轮机冷热电联产系统在不同的热(冷)电比下的一次能源消耗量,仍然以3MW 燃气内燃机和燃气轮机为对象,比较基于以下假设:①原动机保持满负荷运行,所产生的电力总可以被消耗,且系统为简单循环。
②供热工况下烟气余热和内燃机冷却水余热都被充分利用。
供冷工况下,烟气进入余热锅炉产生的低压蒸汽用于双效吸收制冷机组(性能系数为1.3),内燃机高温冷却水进入单效吸收机组(性能系数为0.7)。
③当冷热负荷供应不足时,采用燃气锅炉进行补燃,热效率取0.9;当余热过剩时,烟气部分排空以保持热量平衡。
根据以上假设,图3、4分别给出了在供热工况和供冷工况下,当热(冷)电比变化时二者的燃料耗量的比较。
由图3、4可知,当满足同样的电负荷时,在较低的热(冷)负荷比时,燃气内燃机冷热电联产系统比燃气轮机明显节能;随着热(冷)负荷的增加,内燃机系统余热不能满足用户需求,燃气锅炉投入使用,节能率逐步减小;只有当用户热需求接近燃气轮机最大可回收烟气余热时,燃气轮机系统一次能耗才开始小于内燃机系统;随着热(冷)负荷的进一步增加,两者都需要补燃,其一次能源消耗差将保持不变。
很明显,当用户热(冷)需求从内燃机余热回收能力到燃气轮机余热回收能力之间变化时,在大部分区域燃气内燃机比燃气轮机节能。
图3 3MW 燃气内燃机和燃气轮机联产系统在不同热电比下燃料耗量比较Fig .3 Comparis on of fuel consu mp ti on of combined system with 3MW gas engine and gas turbine under different heat/power ratio图4 3MW 燃气内燃机和燃气轮机联产系统在不同冷电比下燃料耗量比较Fig .4 Comparis on of fuel consu mp ti on of combined system with 3MW gas engine and gas turbine under differentcool/power rati o图5、6还分别比较了1MW 燃气内燃机(G3516型)和燃气轮机(Saturn 20)冷热电联产系统在供热和供冷工况下,不同热(冷)电比下的燃料耗量。