燃气轮机冷热电联产系统与蓄能变工况特性_冯志兵
燃气轮机冷热电联产系统技术与经济性分析
燃气轮机冷热电联产系统技术与经济性分析摘要：由于传统化石能源的消耗给环境带来的污染压力与日俱增，使得冷热电联产(CombinedCooling，heatingandPower，CCHP)这种具有优越节能和环保特性的分布式能量系统极为引人关注。
在国外，尤其是欧美日发达国家，已经取得了阶段性的成果;国内前些年由于受天然气供应不足、电力市场体制等原因的限制，发展一直相对缓慢，但随着国家改革的深入、“西气东输”的相继完工和中俄天然气合作协议的签订，我国的分布式能量系统事业必将焕发出更加强大的生机。
基于此，本文主要对燃气轮机冷热电联产系统技术与经济性进行分析探讨。
关键词：燃气轮机；冷热电联产；系统技术；经济性分析1、前言世界各国的能源环境专家普遍认为：应将需求供应整合优化，实现能源和温度对口梯级利用，就近供能减少中间环节损耗，这将是解决问题的最好手段。
燃气轮机热电联产系统既可以单独使用，承担给一栋大楼或一个小区同时提供热、电两种能量的任务；更可作为分布式电源的一种，以一个子系统的身份和其它的分布式电源一起在分布式能源系统中发挥作用。
毫无疑问，以小型或微型燃气轮机为主要动力装置的分布式热电联产系统必将具有很大的发展潜力。
2、联供系统的原理与构成燃气冷热电联产是分布式能源系统的一种主要形式，是冷、热、电三种不同形式能量的联合生产，主要由驱动系统、发电系统、供热系统、制冷系统和控制系统组成，实现能量的梯级利用，总的能源利用率可以高达75%～90%。
按系统规模大小及布置型式可分为楼宇型和区域型两类，楼宇型一般采用燃气内燃机或微型燃气轮机作为动力设备，而区域型则主要以燃气轮机作为原动机。
燃气在动力设备里燃烧发电以后，产生的高温烟气通过余热回收装置再利用后向用户供热或供冷，从而满足用户对冷、热、电等能源负荷的需求，实现能量的梯级利用，提高能源的利用效率。
本文建立以燃气轮机发电机组为原动机，烟气型溴化锂吸收式冷暖机组为余热利用设备，另外根据需要配置压缩式电制冷机(热泵型)、烟气/热水换热器，如图1所示。
燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统的比较
燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统的比较
左政;华贲
【期刊名称】《煤气与热力》
【年(卷),期】2005(025)001
【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1～3 MW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.
【总页数】4页(P39-42)
【作者】左政;华贲
【作者单位】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;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
【正文语种】中文
【中图分类】TU995
【相关文献】
1.基于燃气内燃机的分布式冷热电联产系统应用分析 [J], 朱天生;吴静怡;吴大为
2.燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统的比较 [J], 华贲
3.基于燃气轮机冷热电联产系统运行策略优化 [J], 李天超;李志斌
4.燃气内燃机冷热电联产系统的技术经济性分析 [J], 胡雪姣;刘刚;廖胜明;;;
5.燃气轮机与燃气内燃机在联供系统中的应用比较 [J], 陆伟;张士杰;肖云汉
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“育鲲”轮燃气轮机冷热电联产系统的方案设计与研究的开题报告
“育鲲”轮燃气轮机冷热电联产系统的方案设计与研究的开题报告一、研究背景和意义随着经济的发展和能源的消耗，环保和节能问题愈来愈成为现代社会面临的一大挑战。
冷热电联产系统是提高能源利用率和减少污染排放的重要手段之一。
而燃气轮机作为一种高效、灵活的热力发电装置，被广泛应用于冷热电联产系统中。
因此，开展燃气轮机冷热电联产系统的研究和方案设计，对于解决能源和环保问题有着重要的意义。
二、研究内容和目标本研究将以“育鲲”轮为燃气轮机，结合管式余热锅炉、蒸汽吸收式制冷机和热泵等设备，设计燃气轮机冷热电联产系统方案，并对其性能和经济性进行评价和分析。
具体研究内容包括：系统组成、参数设计和优化、运行控制及安全性等方面。
研究目标是建立一套高效稳定的燃气轮机冷热电联产系统方案，为实际应用提供参考和支持。
三、研究方法和步骤（1）研究文献资料，了解燃气轮机冷热电联产系统的基本原理、发展历程和应用情况。
（2）选择“育鲲”轮燃气轮机，根据系统要求，确定管式余热锅炉、蒸汽吸收式制冷机和热泵等辅助设备的型号和参数，并进行系统组成设计。
（3）利用建立的数学模型，进行系统性能和经济性分析。
对系统参数进行优化和调整，提高能源利用效率和经济性。
（4）设计运行控制系统和安全保护系统，保障系统的运行稳定和安全。
（5）进行实验验证，验证系统方案的可行性和性能。
四、预期成果和意义预期成果包括：燃气轮机冷热电联产系统方案设计；系统参数优化和调整结果；系统性能评价和经济性分析报告；运行控制和安全保护系统设计方案。
这些成果将为燃气轮机冷热电联产系统的实际应用提供基础数据和支持。
此外，本研究还将探索燃气轮机冷热电联产系统在节能减排、可再生能源利用等方面的应用前景，为推动我国经济可持续发展做出贡献。
燃气轮机冷热电联产系统技术与经济性分析
收稿日期:2004-10-20; 修订日期:2005-03-24基金项目:国家自然科学基金资助项目(90210032)作者简介:冯志兵(1972-),男,湖北武穴人,中国科学院博士研究生.文章编号:1001-2060(2005)04-0425-05燃气轮机冷热电联产系统技术与经济性分析冯志兵,金红光(中国科学院工程热物理研究所,北京 100080)摘 要:分析了现有商业燃气轮机用于热电联产系统和冷热电联产系统时的性能。
与常规分产系统相比,两系统在热力学性能上均有较大优势,绝大多数节能率超过20%。
功率较小的燃气轮机单位造价偏高,用于冷热电联产系统时经济性较差;随着功率的增加经济性不断改善,冷热电联产系统的经济性受到很多因素的影响,其中运行时间和电价的影响最明显,其次为燃料价格的影响,热价和冷价的影响相对最小;这些因素在燃气轮机功率较小时影响较大,随功率的增加影响逐渐减小。
关键词:燃气轮机;冷热电联产系统;热电联产系统;经济性分析中图分类号:TK123 文献标识码:B符号说明C—制冷量; COP—制冷系统性能系数; f—输入燃料能量;h—烟气焓;H—供热量;w—输出电量;q—动力系统排气中热量;T—绝对温度;x—利用热量在排气热量η—效率;中比例;下标0—环境;a—吸收式制冷;b—锅炉;c—制冷;CHP—热电联产系统; CCHP—冷热电联产系统;e—电,压缩式制冷;eg—电网;h—供热;re—参照分产系统;1 前 言热电联产系统将动力系统排向环境的热量回收用于供热,在一定程度上对燃料能量进行了梯级利用,具有较高的能源利用效率。
随着人民生活水平的改善,夏季对冷负荷的需求显著增加。
在这种情况下,将热电联产系统进行扩展,把从动力系统回收的热量先用于制冷,然后用于供热,使能量梯级利用水平进一步得到提高,系统的性能和经济性将显著改善。
通常冷热电联产系统布置在用户周围,直接向用户提供电力,减少了对电网的依赖,提高了用户用电安全性;系统性能的改善使满足相同需求时消耗的燃料减少,同时动力系统的污染物排放量较少,因此对环境的压力明显降低;在满足冷需求的同时,提供了部分电力,从而大大缓解夏季用电高峰时电网的压力。
燃气轮机冷热电联产系统与蓄能变工况特性
η = 2.745w − 2.816w2 + 1.071w3
式中 η为发电效率；N 为功率；f 为燃料量；w 为比
功；T 为排气温度；下标 0 为设计工况，数字为流
程中各点；上标“−”为折合参数。
目前冷热电联产系统在中国还存在不能向电网
售电的问题，只能采用“并网不上网”的形式，因
此为对输入能量进行有效利用，通常采用“以热(冷)
KEY WORDS: Thermal power engineering; CCHP; Gas turbine; Part-load; Storage system
摘要：利用单轴恒速燃气轮机典型变工况计算方法和余热锅 炉考虑换热系数的变工况计算方法，对冷热电联产系统的变 工况进行了分析：高负荷时联产系统有明显的节能优势；但 随负荷的降低，优势不断减少；在负荷降低到一定程度之后 已经不如参照系统性能。为改善系统全工况性能，可将联产 系统与蓄能技术有机结合。依靠对某建筑典型夏、冬季全天 冷、热负荷供应进行分析，可以看到蓄能的使用使联产系统 的节能率在较高基础上进一步得到提高。
ABSTRACT: Utilizing the typical analytical solution of single shaft constant rotating speed gas turbine and considering the variation of heat transfer coefficients of HRSG, the CCHP part-load performance is analyzed. In higher load, the CCHP owns obvious saving energy potential. With the decrease of the load, the advantage is reduced; and its performance is worse than traditional systems after the load is low enough. To improve CCHP all-operation performance, the phase change storage system and the potential storage system are combined with CCHP. Through the simulation of some building all-operation heating and cooling demands in winter and summer, respectively, it is found that the utilization of storage systems makes FESR of CCHP be increased in all-operation.
燃气轮机冷热电联产技术分析
燃气轮机冷热电联产技术分析摘要：任何一个企业或家庭，对于能源的需求都是多样的，需要电力、采暖热力、空调制冷、生活热水，炊事燃气等等。
这些需求在传统工业社会中是通过明确的社会分工，由各个专业企业分别加以解决。
但是最大的问题是能源利用效率低、设备使用效率低，从而带来资源和资金的浪费，以及环境污染的加剧等。
本文主要探讨的就是关于燃气轮机冷热电联产技术的剖析。
关键词：燃气轮机；冷热电联产技术引言：世界各国的能源环境专家普遍认为：应将需求供应整合优化，实现能源和温度对口梯级利用，就近供能减少中间环节损耗，这将是解决问题的最好手段。
燃气轮机热电联产系统既可以单独使用，承担给一栋大楼或一个小区同时提供热、电两种能量的任务；更可作为分布式电源的一种，以一个子系统的身份和其它的分布式电源一起在分布式能源系统中发挥作用。
毫无疑问，以小型或微型燃气轮机为主要动力装置的分布式热电联产系统必将具有很大的发展潜力。
1.燃气轮机热电联产系统的工作原理1.1燃气轮机发电机组的工作原理热电联产系统按照功能可以分成两个子系统：动力系统（发电）和供热系统（供暖、热水、通风等）。
动力系统处于联产系统的顶端，通常根据动力系统确定联产系统所采用的技术。
联供技术的采用取决于许多因素，包括：电负荷大小、负荷的变化情况、空间的要求、热需求的种类及数量、对排放的要求、采用的燃料、经济性和并网情况等。
以燃气轮机为原动机的分布式联产系统的主要原动机又可以分为两类：小型燃气轮机和微型燃气轮机。
下面分别介绍其工作原理。
1.1.1燃气轮机发电机组的工作原理（1）工作原理燃气轮机是以气体作为工质、把燃料燃烧时释放出来的热量转变为有用功的动力机械。
它由压气机、燃烧室和透平等部件组成。
空气被压气机连续地吸入和压缩，压力升高，接着流入燃烧室，在其中与燃料混合燃烧成为高温燃气，再流入透平中膨胀做功，压力降低，最后排至大气。
由于加热后的高温燃气做功能力显著提高，燃气在透平中的膨胀功大于压气机压空气所消耗的功，因而使透平在带动压气机后有多余的功率带动发电机转动。
燃气轮机冷热电联供系统分析
燃气轮机冷热电联供系统分析摘要:利用燃气轮机发电的联供系统是各国家目前普遍使用的方式之一。
利用燃气轮机发电，冷热电负荷不同，选择的形式、方案也不尽相同。
关键词：分布式能源、燃气轮机、梯级利用、以电定热中图分类号： tu996.2文献标识码：a 文章编号：目前，以天然气为主要燃料的新型分布式能源技术设备和冷热电联产系统，将能源利用和环保标准提高到一个全新的层次。
这种新型能源将从根本上改变传统的发电、供热、供冷互相分离的能源利用模式。
燃气轮机冷热电联产系统中，燃气轮机在发电的同时，回收利用其烟气的余热制冷或制热，实现在能的梯级利用基础上的冷热电联产，从而达到节能目的。
在冷热电联产系统中，燃气轮机不仅仅是动力设备，还是热的提供者。
笔者调查了国内外主要品牌的燃气轮机的相关余热特性，发现燃气轮机的排气温度都比较高，均具有很好的可用性。
例如，索拉透平公司，是全球工业燃气轮机行业的知名企业，也是美国排名前50强的出口企业。
其生产的“水星”mercury 50燃气轮机，排气温度可达到377℃,taurue60燃气轮机，排气温度可高达到510℃;国内青岛汽轮机厂生产的rf0221燃气轮机，排气温度可达到454℃, rf0391燃气轮机，排气温度可达到532℃.在制定和选择以燃气轮机作为原动机的冷热电联产系统集成方案时,应充分考虑燃气轮机的额定工况及变工况特点。
燃气轮机的余热温度高,使得余热的回收利用方式更为灵活,能够满足各种不同的冷热需要。
因此，对冷热负荷较大的用户，选择以燃气轮机作为冷热电联产能源利用方式具有潜在优势。
笔者通过调查国内外部分运行的冷热电联产系统发现，集成方式多种多样，根据需要选择性也相对灵活，主要方式包括：燃气轮机-锅炉并联、燃气轮机-余热锅炉型、燃气-蒸汽联合循环型、燃气轮机-直燃机型、燃气轮机-湿空气型等等。
具体应用方式如下：1、燃气轮机+余热锅炉+蒸汽型双效溴化锂吸收式冷水机组此系统是一种“以电定热”的余热应用方式。
小型燃气发电的技术经济分析
小型燃气发电的技术经济分析深圳市质检站（518031）李浩军同济大学燃气教研室（200092）冯良上海第九设计院（200063）陆萍随着我国"西气东输"等天然气工程的实施，我国的能源结构将发生很大的变化，为了提高天然气的综合利用率，各地纷纷进行热电联产的试点，以期创出新路、积累经验。
本文工团尝试对小型燃气发电及热电联产进行技术经济分析。
1 小型燃气发电技术当前燃气发电及热电联产的技术可分为成熟技术和包括成熟技术的新兴技术，其中成熟技术有燃气轮机和燃气发动机而新兴技术有微型涡轮机、燃料电池和其它著名的动力系统如斯特林引擎等。
一般来说，燃气轮机是25MW以上发电容量的首选技术，但是容量在1MW~10MW 范围中，燃气轮机的绝对地位出现动摇。
同时3.5MW以下容量上目前仍然是柴油和燃气往复式发动机占主导地位。
微型涡轮机和燃料电池等新兴技术主要利用于5MW以下。
一般来讲，大型燃气轮机系统与高价的燃煤发电厂进行成本的竞争，而这些新型技术则不同，主要通过像低污染排放、低维护需求、低噪音等特征与其它投资成本较低的产品进行竞争，这里当然为也需要借助于人们对这些产品的品牌和对这些产品的想象力。
目前看来，这些成熟或新兴技术产品要获得认可，除了还需大量的资金投入到产品的改进上，同时还要对这些产品的定位、相互的技术竞争、分销渠道和提高新产品采纳率等方面投入资金。
1.1 燃气轮机燃气轮机因简单、效率高和适合高温热回收，所以一般发电都采用燃气轮机技术。
而大部分小型轮机发电设备采用简单循环的运行模式很少有25MW以下的小型联合循环系统。
燃气轮机在5MW以下因为规模原因，将会有相对较高的价格和较低的效率，因此小型燃气轮机应用的市场份额很少。
美国索拉公司（Solar）的水星50（Mercury50）是个例外，它利用热回收做到了在较低的压比下获得较高的效率，它的容量为4MW，具有40%的效率。
显然它与同容量范围的简单循环的柴油和燃气发动机相比大大地提高了效率。
燃气轮机进气冷却系统对机组经济性的影响分析
燃气轮机进气冷却系统对机组经济性的影响分析发布时间：2022-05-26T03:16:59.303Z 来源：《福光技术》2022年11期作者：石文昊[导读] 燃气轮机进气冷却系统的工作目的是制冷，降低燃气轮机工作产生的热量，保证燃气轮机始终在合适的温度条件下工作，以提高燃气轮机的使用寿命和运行安全性、稳定性。
随着冷却温度的变化，燃气轮机进气冷却系统的制冷量、投资效益也发生变化。
天津华电南疆热电有限公司天津滨海新区 300450摘要：本文主要介绍燃气轮机进气冷却系统的结构组成、工作原理，从数学角度构建燃气轮机进气冷却系统影响机组经济性的理论模型，并结合案例说明该模型的应用价值。
关键词：进气冷却系统；机组；经济性；数学模型引言：燃气轮机进气冷却系统的工作目的是制冷，降低燃气轮机工作产生的热量，保证燃气轮机始终在合适的温度条件下工作，以提高燃气轮机的使用寿命和运行安全性、稳定性。
随着冷却温度的变化，燃气轮机进气冷却系统的制冷量、投资效益也发生变化。
在实践中，工作人员要结合工作实际需要，综合考虑工作环境露点温度和年投资等因素，合理设计燃气轮机进气冷却系统工作参数和做好事前工作。
1燃气轮机进气冷却系统概述燃气轮机是一种旋转叶轮式的热力发电机，可以助连续流动的气体带动叶轮高速旋转，从而对燃料的能量进行有用做功，将化学能以及其他形式的能量转化为电能。
其工作原理如下：压气机吸入空气，在提高内部空气压力的前提下，同步进行加热，将压缩后的空气送入燃料室，和燃料充分反映后生成高温高压气体。
再讲气体送入透平中，进行膨胀做功，推动压气机高速旋转，将气体和燃料化学能转化为机械能，输出电功。
尽管燃气轮机是一种结构简单、效率高的内燃式动力机械，但仍受限于温度规律影响，导致其使用存在一定局限性。
即燃气轮机的输出随着外部环境温度的升高而逐渐降低。
进气冷却系统是燃气轮机组的重要组成部分，引进进气冷却系统是解决燃气轮机应用温度规律问题的有效手段。
燃气轮机冷热电联供系统优化与节能经济性研究
效率； 吸收式制冷机燃烧效率的影响最小。 结束语 联供系统最优化运行模式与 电气价格比有关。当电气价格 比低于 Ｏ ． １ ９ （ 元／
ｋ ｗｈ ） 时， 最 优化 运行模 式 是燃气轮 机 停止工 作 。 燃 气轮机 的额 定功 率及 能源价 格对联 供系 统节 能经济 性有 较大 影响 。 燃 气轮 机发 电效 率对联 供系 统经 济 性影
城市在发展的过程中对资源和能源的应用率相对较广， 对资源进行合理地 应用是做好城市规划， 促进城市发展的重要途径。在对天然气进行应用的过程 中， 主要采用的是联供系统的模式， 将天然气和发电、 制冷等技术相结合， 不仅 可以有效的提升资源的利用率， 还可以实现能源消耗的平衡程度。在节能和环 保方面做 出重要的贡献。 天然气冷热电练功系统的开发和应用是研究人员一直 解决的问题。 达到联供系统的优化和节能的目标是促进社会经济和能源发展的 重 要途 径 。 １数学模型的建立 １ ． １燃气轮机冷热电联供系统的描述 这一系统的构成部分 比较简单， 除了燃气轮机、 制冷机之外， 还保罗余热锅 炉 等等 。燃气 轮机 冷热 电联 供系 统见 图 １ 。
定 不变 的状态 。
定功率增加而增加。 综合以上计算分析，对于本文分析的应用场合，选择燃气轮机额定功率 ２ ． ０ ＭＷ 较 为 合 适 ， 当 天然 气 价 格 为 ｌ Ｊ ８元＾ ｌ １ ， 电气 价 格 比为 ０ ． ４ （ 元＾ ‘ Ｗｈ ） ／ （ 元， ｍ ｓ ） 时， 联供系统年运行费用节约百分率约为 ２ ７ ． ５ ％， 差价投资回收期 ３ ． ３ ２ 年。 随燃 气锅 炉 效率 和 电制 冷机 制冷 系 数 的增 加 ， 节 约百 分 率逐 渐 降低 ： 而 随 着其他 ５个设备运行参数 （ 属于联供系统） 数值 的增加 ， 节约百分率逐渐升高。 在联 供系 统各 设备 中 ， 节 约 百分 率受 燃气 轮机 发 电效率 的影 响 最大 ， 发 电效 率 从减少 １ ５ ％￣ Ｕ 增加 １ ５ ％的变化过程中， 对应 的运行费用节约百分率从 ２ ０ ． ３ ％增 加到 ２ ８ ． ７ ％；其次是吸收式制冷机制冷系数，对应 的运行费用节约百分率从
燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析
燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析摘要：燃气轮机在很长一段时期之内都是能源高效转换以及洁净利用系统当中最关键的动力装备。
其从上个世纪的30年代诞生，经过不断地发展以及优化，当前阶段的燃气轮机相对比较完善。
和传统的主要以煤作为燃料的蒸汽机进行对比，燃气轮机的优势表现在重量轻、体积小并且效率高，更重要的是，对其的应用不会对生态环境造成过于严重的污染。
本文主要对燃气轮机在热电联产工程中的应用状况进行分析和探讨。
关键词：燃气轮机；热电联产工程；应用引言：燃气轮机主要能够划分为三个类型，分别为工业型、重型以及航改型。
其中重型燃机的特点主要表现在其零件重量高，大修周期长，通常情况下其的应用寿命能够达到10万个小时以上，其最重要的作用和意义就是能够有效满足公共电网的具体需求。
燃气发电机组可以实现在无外界电源的条件下灵活启停，其机动性的表现较为突出，将其应用到电网中可以有效地带动尖峰负荷，同时其也能够被当做紧急备用电源进行应用，为电网运行的长期性、稳定性以及安全性提供有效的保障，因此在当前阶段的应用非常广泛。
1.燃气轮机在热电联产工程中的应用方式对于当前阶段的燃气轮机在热电联产工程中的应用来说，其通常包含了两个方面的形式，一种形式为燃气轮机联合循环热电厂，另外一种形式则为燃气轮机简单循环热电厂。
前者的主要组成内容可以划分为四个部分，分别为燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉以及发电机。
从燃气轮机排出的相应高温烟气会和余热锅炉中的换热器进行换热，从而产生高温高压的水蒸气，所产生的水蒸气到蒸汽轮机当中推动叶片做工，从而推动发电机发电。
而蒸汽轮机所产生的排汽以及一些经过蒸汽轮机而进行做功完成之后的相应抽气，其一般都会应用在供热方面，在当中的主要形式为：燃气轮机以及蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环；燃气轮机以及蒸汽轮机同轴会推动自身的发电机多轴联合循环，对于单轴燃气轮机联合循环电厂来说，其的规模通常是比较大的。
基于此，通常情况下电厂规模比较小的热电联工程，其在多轴的燃气轮机联合循环机组方面的应用更加常见一些。
两种燃机双重余热ORC发电系统性能分析
两种燃机双重余热O RC 发电系统性能分析郝世超1查顾兵2梁鹏飞11. 中船重工（上海）新能源有限公司2. 上海市质量监督检验技术研究院摘要：针对典型燃机两种余热的特点和其中低温水余热难以利用的现状，提出两种单循环O R C 余热 发电系统。
通过建模热平衡计算比较性能，得出这两种发电系统分别比仅用烟气余热的发电系统性能提 高43.5%。
和74.5%。
的结论，通过分析得出影响发电性能的关键在于预热器的作用及双热源匹配关系。
对 改变O R C 系统有机蒸汽温度参数和预热器上端差不能改变热源不匹配的问题，提出以热源匹配性做为衡 量两种发电系统选择的判据。
该分析方法可以应用于燃机余热发电模块产品开发和多重热源的性能优化 应用。
关键词：燃机；余热、梯级利用；O R C ；性能分析；补汽；有机透平 DOI : 10.13770/j .cnki .issn 2095-705x .2018.03.007Perform ance Analysis on D ouble W aste H eat O R C Pow er G eneration System for T w o TurbinesHao Shichao, Cha G ubin, Liang PengfeiC SIC (Shanghai) New Energy Co.，LtdShanghai Quality Supervision and Inspection Technology InstituteA b s tra c t : Focused on double w aste heat features and unused low tem perature w ater oftypical condition for tu rb in e , the author puts forward two single cycle ORC waste heat power generation system . Through modeling of thermal balance , the article concludes these two power generation system are 43.5% and 74.5% better than flue gas waste heat power generation system with performance calculation . The author analyzes and concludes power generation performance depends on preheater function and double heat sources m atching re la tio n . The author puts forward criterion to level two power generation system with heat sources matching when dealing with changing ORC system organic steam temperature parameter and preheater upper difference without changing heat sources dis-m atching issue . The analysis method can be applied in model product developing for waste heat pow er generation turbine and perform ance optim ization of multiple heat sources .Key w ords : Turbine , Waste Heat , Gradient Utilization , O RC , Performance Analysis , M ake-upSteam , Organic Turbin上海节能ENERGY CONSERVATION FORUM上海节能No.032018i引言各类燃机在燃烧燃料做功或发电过程中会产 生烟气局温余热和缸套冷却水余热。
智慧热电联产节能系统[发明专利]
![智慧热电联产节能系统[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/b156e6c8b4daa58da1114a59.png)
专利名称：智慧热电联产节能系统专利类型：发明专利
发明人：曹岭,车文斌,陈徐,覃积微申请号：CN201710399078.9申请日：20170531
公开号：CN107420220A
公开日：
20171201
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种智慧热电联产节能系统，包括热电联产装置、冷热水换热模块和生活热水系统，所述热电联产装置是利用燃气燃烧发电的发电机，发电机燃烧产生的热能一部分用于发电，另一部分被环绕在四周的冷热水换热模块吸收，得到的热水直接提供给生活热水系统的锅炉，锅炉中的热水直接输送给用户使用或者利用锅炉装置中的燃烧装置加热到用户所需温度后输送给用户使用。
本系统能够在发电机正常工作下对余热进行回收利用，供热生活热水，热水温度可达45℃，可满足酒店、医院、食堂、养生会所、健身房等场所的热水供电需求。
申请人：重庆领鑫安科技有限公司
地址：401121 重庆市北部新区黄山大道中段55号附2号麒麟D座四楼1#、2#
国籍：CN
代理机构：重庆信航知识产权代理有限公司
代理人：穆祥维
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燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析
燃气轮机在热电联产工程中的应用状况分析作者：孙培锋蒋志强来源：《能源研究与信息》2013年第01期摘要：燃气轮机是21世纪乃至更长时间内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备.介绍了燃气轮机的发展现状及其在热电联产工程中的应用，简述了联合循环和简单循环燃气轮机电厂的基本组合方式，并列举了目前应用在热电联产工程中的几种主要的燃气轮机.阐述了燃气轮机相对于常规火电机组的优点，分析了影响燃气轮机在热电联产工程中推广的因素，并对我国燃气轮机的发展前景进行了展望.关键词：燃气轮机；联合循环电厂；热电联产中图分类号： TK 479文献标志码： AAnalysis of the application of gas turbines in heat andpower cogeneration projectsSUN Peifeng， JIANG Zhiqiang（1. China United Engineering Corporation， Hangzhou 310022， China；2. China Huadian Corporation， Beijing 100031， China）Abstract：The gas turbine is the core equipment of highefficiency clean energy systems in the 21st century and even longer period of time. The current situation of gas turbine development and its application in heat and power cogeneration projects were showed in this paper. Two types of application of gas turbines in heat and power cogeneration projects were briefly introduced， namely， the simple cycle gas turbine power plant and the combined cycle power plant， and gas turbines widely used at present in heat and power cogeneration plants were enumerated. The advantages of the gas turbine plant compared with conventional coalfired power units were described and factors which could influence the application of the gas turbine were analyzed. In addition， the prospects for the development of gas turbines in China were evaluated.Key words：gas turbine； combined cycle power plant； heat and power cogeneration燃气轮机由压气机、燃烧室、透平、控制系统和辅助设备组成.燃气轮机的设计是基于布莱顿循环.压气机（即压缩机）连续地从大气中吸入空气并将其压缩；压缩后的空气送入燃烧室，与喷入的天然气混合，并点火燃烧；燃烧后产生的高温烟气随即流入燃气透平中膨胀做功，推动透平带动压气机叶轮一起旋转.加热后的高温燃气的做功能力显著提高，因此，透平在带动压气机的同时，还有余功作为燃气轮机的输出功输出.由于燃气轮机的工质是高温烟气而不是水蒸气，故可省去锅炉、冷凝器、给水处理等大型设备.因此，燃气轮机电厂附属设备较少，系统简单，占地面积较少.燃气轮机可分为重型燃气轮机、工业型燃气轮机和航改型燃气轮机三类.重型燃气轮机的零件较为厚重，大修周期长，寿命可在10万h以上，主要用于满足城市公用电网需求，例如日立的H25和H80系列燃气轮机、通用电气的F级燃气轮机、西门子的SGT-8000系列燃气轮机、三菱的M701系列燃气轮机和阿尔斯通的GT系列重型燃气轮机等.工业型燃气轮机的结构紧凑，所用材料一般较好，燃气轮机的效率较高，例如索拉的T130燃气轮机和西门子SGT-800燃气轮机，常用于热电联产工程.航改型燃气轮机是由航空发动机改装而成的燃气轮机，在航空领域运用较多，但也有应用于发电及相关工业领域，例如通用电气的 LM 系列航改型燃气轮机等.航改型燃气轮机的结构最紧凑，最轻巧，效率最高，但寿命较短[1-2].燃气轮机自上世纪30年代诞生以来发展迅速.当今国际上最新型的G型燃气轮机和H型燃气轮机，单机功率已达到292～334 MW，发电热效率已达到39.5%.其中，由G型燃气轮机组成的联合循环单机功率可达489 MW，发电热效率可达58.7%；由H型燃气轮机组成的联合循环机组的发电热效率可达60%[3-5].H型燃气轮机组成的联合循环机组是目前已掌握的热-功循环效率最高的大规模商业化发电方式.不仅如此，燃气轮机与以煤为燃料的蒸汽轮机相比，它具有重量轻、体积小、效率高、污染少、启停灵活等优点.燃气轮机发电机组能在无外界电源的情况下迅速启动，机动性好.在电网中用它带动尖峰负荷和作为紧急备用电源，还能携带中间负荷，能较好地保障电网的安全运行，所以得到广泛应用[6].国内外科技界与产业界已经认识到燃气轮机将是21世纪乃至更长时期内能源高效转换与洁净利用系统的核心动力装备.1燃气轮机在热电联产工程中的应用方式燃气轮机在热电联产工程中的应用形式主要有两种：一种是燃气轮机联合循环热电厂；另一种是燃气轮机简单循环热电厂.燃气轮机联合循环热电厂由燃气轮机、余热锅炉、蒸汽轮机（背压式、抽背式或者抽凝式）和发电机共同组成.燃气轮机排出的做功后的高温烟气通过余热锅炉回收烟气中的热量而得到高温水蒸气，水蒸气注入蒸汽轮机发电.蒸汽轮机的排汽或者部分在蒸汽轮机中做功后的抽汽用于供热，形式有：燃气轮机、蒸汽轮机同轴推动一台发电机的单轴联合循环；燃气轮机、蒸汽轮机推动各自的发电机的多轴联合循环.单轴的燃气轮机联合循环电厂规模较大，例如通用电气的9F系列机组.而多轴的联合循环机组常见于中小型的燃气轮机联合循环电厂.因此，对于电厂规模相对较小的热电联产工程来说，常选择多轴的燃气轮机联合循环机组.燃气轮机简单循环热电厂由燃气轮机和余热锅炉组成.该类型燃气轮机热电厂不配置蒸汽轮机，通过余热锅炉直接对外供热.因此该类型燃气轮机热电厂发电热效率相对联合循环燃气轮机热电厂较低，约为30%～35%之间；热电比和供热成本的指标方面，简单循环燃气轮机热电厂也低于联合循环燃气轮机热电厂[7].由此可见，燃气轮机联合循环可大大提高发电厂整体发电热效率.即使只有燃气轮机和余热锅炉组成的不配置蒸汽轮机的简单循环燃气轮机发电厂，其发电效率也高于常规的小型燃煤热电厂.2热电联产工程中燃气轮机机型选择热电联产工程遵循“以热定电”原则，首先满足外界对蒸汽负荷的需求，一般对发电量的需求相对较少.因此，对于热电联产工程来说，大功率的重型燃气轮机使用相对较少，常配置一些中小型的燃气轮机.世界主要的中小型燃气轮机有：索拉的T130燃气轮机；日立的H25和H80燃气轮机；通用电气的6F和LM系列的航改型燃气轮机；西门子的SGT-800燃气轮机.各机型的主要技术参数如表1（见下页）所示（表中数据来自各个燃气轮机厂家产品宣传手册，且会因计算的天然气热值等参数变化而发生微小的变化）.表1各中小型燃气轮机相关性能参数Tab.1Performance parameters of some gas turbines表1中，H25，H80 和6F为重型燃气轮机；SGT-800和T130为工业型燃气轮机；LM6000为航改型燃气轮机.从表1可知，工业型和航改型燃气轮机单机发电热效率相对重型燃气轮机的单机发电效率明显更高，但燃气轮机的排烟温度相对较低.由于排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较少，因此对于整个联合循环热电厂，工业型和航改型燃气轮机联合循环热电厂的整体发电热效率反而低些[8-9].简单循环的燃气轮机热电厂若选择工业型燃气轮机及航改型燃气轮机，其热电厂发电热效率会较高.对于配置蒸汽轮机的燃气轮机联合循环，重型燃气轮机因其排烟温度较工业型燃气轮机和航改型燃气轮机高，排到余热锅炉的高温烟气所包含的热量相对较多，余热锅炉产出的供蒸汽轮机发电用的高温高压的蒸汽也更多.因此，重型燃气轮机联合循环整体发电热效率比工业型燃气轮机和航改型燃气轮机联合循环的发电热效率高.燃气轮机联合循环热电厂中大多选择重型燃气轮机.从能量的充分利用和逐级利用角度讲，相比于燃气轮机简单循环热电厂，燃气轮机联合循环热电厂更具有优势.目前我国燃气轮机热电联产工程中，大多选择重型燃气轮机组成的联合循环燃气轮机热电厂，如浙江省的某热电厂，采用6F级燃气轮机匹配余热锅炉和蒸汽轮机组成燃气轮机联合循环机组对外供热供电，燃气轮机联合循环热电厂整体发电热效率约60%.但是对于某些对占地面积有严格要求的场合，如海上油气平台井等，一般可选择结构紧凑、效率高的工业型燃气轮机或者航改型燃气轮机机.具体燃气轮机机型的选择可根据各工程的实际情况进行分析、计算、确定，如热电厂的对外供热参数和供热量、装机容量、机组数量、占地面积、整体热效率等.3燃气轮机联合循环热电联产工程相对于常规火力发电热电联产的优势[10]相对于常规燃煤的小型火力发电的热电联产电厂，燃气轮机联合循环热电厂的优势主要有：（1）高效：燃气轮机联合循环的发电热效率已经达到甚至突破60%，这是一般常规火电机组无法比拟的，甚至高于目前最先进的超超临界机组而稳居各类火电机组之首.（2）单位造价低：燃气轮机联合循环机组单位容量造价约400美元·kW-1，而常规火电机组造价为600～1 000美元·kW-1；若我国国产燃气轮机的制造加工水平进一步提升，燃气轮机联合循环机组单位容量造价还有非常大的下降空间.（3）低排放：燃气轮机联合循环不排放SO2以及飞灰和灰渣；NO x的排放量也非常低，一般都可以达到49.20 mg·m-3以下，甚至可以根据需要达到小于30.75 mg·m-3的水平，CO2的排放量可以做到11.25 mg·m-3；环保性能居于现有各种火电机组之上.（4）节水：燃气轮机联合循环机组以燃气轮机发电为主，燃气轮机发电机功率占总容量的70%，联合循环机组所需用水量约为常规燃煤机组的1/3.这在某些缺水的地区显得尤为重要.若选择燃气轮机和余热锅炉配置的简单循环，整个电厂对机组冷却水量的需求相对于常规火电厂的冷却水量更是大幅度减少.（5）省地：燃气轮机联合循环机组因附属设备较少，无需储煤场、输煤设施，占地面积仅为加脱硫装置的常规火电厂的1/3.这在城市边缘及城区的供热电厂显得尤为重要.（6）建设工期短：燃气轮机联合循环机组最适合模块化设计，燃气轮机各部件模块可工厂化生产，运至现场吊装，因而大大缩短了燃气轮机电厂的建设工期.（7）调峰性能好：通过余热锅炉的旁路烟囱，不运行蒸汽轮机及发电机组的情况下，一般在20 min 内就能达到燃气轮机及发电机组的100%负荷，而燃气轮机及其发电机组负荷占整个燃气轮机联合循环电厂额定负荷的70%左右，这保证了燃气轮机联合循环的良好调控性能，实现机组的日启夜停和调峰功能.（8）操作运行和维护人员少：因为燃气轮机联合循环电厂自动化程度高，采用先进的控制系统，电厂对员工数量的需求大幅下降.一般情况下占同容量常规燃煤电厂人员的20%～25%就足够了.4影响燃气轮机在热电联产工程中推广的主要因素燃气轮机联合循环电厂在国外已经得到了普遍发展，近几年已占据美国电力市场的重要地位，欧洲的燃气轮机联合循环电厂也获得了长足的发展.目前我国燃气轮机联合循环电厂能否获得大力推广和发展，主要受制于如下三个因素：（1）我国能提供多少天然气资源供燃气轮机发电工业使用；当前国内已有部分燃气轮机联合循环电厂因受制于燃料供应，每年运行的时间远远少于常规燃煤机组.2012年，随着“西气东输”二线最后几条干线的建成投产，整个输气管道实现每年输气300亿m3.未来中国甚至有可能规划修建“四线”或者“五线”，进一步便于西部地区的天然气输送到东部地区开发利用.另外，海上（东海、南海）天然气的开发、沿海港口城市液化天然气（LNG）的进口，也为联合循环发电扩充了气源供应条件.国内已经探明了华北、东北、西北三大煤层气资源储量，并将逐步开采.随着天然气来源渠道的扩大，燃气轮机联合循环电厂的应用范围将大大突破西气东输管网和海上天然气所能影响的地区.（2）如何合理确定天然气价格，使燃气轮机联合循环发电成本能够与严重污染的以煤为燃料的常规火电相竞争.必须指出，天然气的价格对燃气轮机及联合循环的运行成本有着决定性的影响.在燃气轮机三项发电成本的组成中（设备折旧成本、机组运行维护成本、燃料成本），燃料成本的比例高达60%～65%，即使在天然气的产地，运输过程费用大为降低，天然气价格相对东南沿海地区更加便宜，其成本占燃气轮机发电成本的比例仍然是非常高的[4].在天然气价格居高不下的今天，燃料成本高已经成为制约燃气轮机发电大力推广的一个关键性因素.当前，作为工业企业及城市基础设施的重要组成部分的许多中小型燃煤热电厂，通常地处城市之中或者城市郊区，因此不可避免地会对当地大气环境质量产生很大影响.中小型燃煤热电厂改造为燃气轮机联合循环热电厂，对当地环境质量的改善效果非常明显，也最容易得到人民群众的接受和支持.热电厂的燃料从煤炭改造为天然气，虽然合理调整了能源结构，提高了能源利用效率，减少了煤炭运输环节的损失和浪费，但是对燃气轮机联合循环热电厂来说，燃料成本必然要增加，能源代价必然会提高，因此争取群众和企业的理解和参与，合理分担部分天然气成本因素，是解决天然气市场和成本关系的一条合理途径.政府在制定燃气轮机联合循环热电厂上网电价和外供蒸汽价格时，应考虑到燃气轮机的环境效益，适当提高上网电价和外供蒸汽价格，这也是对天然气成本过高的一种消化.（3）从长远的角度看，我国燃气轮机整体行业水平的提高是决定我国燃气轮机及联合循环电厂能否大力推广的一个重要因素.燃气轮机的发展水平代表着一个国家的重大装备制造业的总体水平.当前我国的燃气轮机技术水平与世界先进水平之间的差距还很大，燃气轮机的核心部件依赖于进口，燃气轮机的每次大修花费很大.若某些燃气轮机的大修只能运回美国等发达国家进行，则其费用更大.近年来，为了推动燃气轮机工业的发展，按照“市场换技术”的原则，我国对规划批量建设的燃气轮机发电站工程项目采取“打捆”式招标采购模式，由国外先进燃气轮机制造企业与国内制造企业相互结合组成联合体，进行燃气轮机联合循环电站工程项目的竞争投标，以吸收和引进国外先进技术.在这一过程中，我国同时引进了世界三大动力集团（通用电气、西门子、三菱）的F级重型燃气轮机.在实现燃气轮机设备制造本土化和国产燃气轮机技术开发方面都取得了良好的成果.在吸收和引进国外先进燃气轮机技术的基础上，逐步实现了燃气轮机联合循环电站设备研发和制造的国产化、本地化和知识产权自主化[11-12].2008年，我国具有完全自主知识产权的110 MW级R0110燃气轮机进行了点火及实验验证，其性能已经接近于目前国际上先进的F级燃气轮机，对我国的燃气轮机设计、制造和加工的整体水平是一个巨大的提升[13-14].目前，我国燃气轮机技术水平与国际先进水平之间的差距正在不断缩小，我国的燃气轮机自主研发、生产制造等方面取得了重大进展.2012年9月12日，上海市科委重大专项课题“高温合金叶片制造技术研究”通过专家验收，这标志着我国在燃气轮机核心部件国产化、自主化生产的道路上迈出了坚实的一步.从制约燃气轮机联合循环电厂发展的三个因素及我国目前的相应情况可知，我国大力发展燃气轮机联合循环的条件已经具备，燃气轮机联合循环电厂的快速发展在近期将成为可能.5总结实现节能减排，提高能源利用率是我国能源结构调整的目标.随着我国天然气资源的开发、利用及液化天然气资源的引进，我国燃气轮机联合循环机组将不断增加.燃气轮机联合循环以其高效、清洁和灵活的特点，必将成为我国未来大力发展的电厂类型.目前可用于热电联产的中小型燃气轮机容量和整个热电厂供热能力与我国广泛使用的蒸汽轮机热电机组的规格十分接近，因而可在不改变外部系统，不增加发电容量和不间断供热、发电的前提下，以较短的时间、较低的投资和较合理的电、热成本实现对热电厂以气代煤的改造.这也是燃气轮机联合循环热电厂可获得大力推广的现实条件.总之，燃气轮机联合循环机组在我国电力工业中的作用将逐渐增强，发展燃气轮机联合循环热电厂任重而道远，但是前景是非常光明的.参考文献：[1]李孝堂.燃气轮机的发展及中国的困局[J]，航空发动机，2011，37（3）：1-7.[2]马悦，纪锦锋.燃气-蒸汽联合循环电站机组配置及选型分析[J].能源工程，2011（6）：52-57.[3]蒋洪德.重型燃气轮机的现状和发展趋势[J].热力透平，2012，41（2）：83-88.[4]清华大学热能工程系动力机械与工程研究所，深圳南山热电股份有限公司.燃气轮机与燃气-蒸汽联合循环装置[M].北京：中国电力出版社，2007.[5]刘红，蔡宁生.重型燃气轮机技术进展分析[J].燃气轮机技术，2012，25（3）：1-5.[6]张荣刚，李文强.浅析燃气轮机在电力行业中的应用[J].企业技术开发，2011，30（10）：122-123.[7]徐迎超，阎波，樊泳，等.燃气-蒸汽联合循环（CCPP）发电在首钢迁钢公司中的应用[J].冶金动力，2012（1）：27-29.[8]刘祖仁，李达，张阳.海上燃气轮机余热资源计算[J].中外能源，2012，17（5）：99-103.[9]李达，张阳，孙毅.海上冷、热、电、惰气四联供护技术探讨[J].石油和化工节能，2012（5）：11-14.[10]黄勇.我国发展联合循环机组的背景和条件[J].中国科技博览，2011（29）：372.[11]刘华强，汪晨晖.燃气轮机在我国应用情况分析[J].中国新技术新产品，2012，（6）：149.[12]杨连海，沈邱农.大型燃气轮机的自主化制造[J].燃气轮机技术，2006，19（1）：11-14.[13]崔荣繁，陈克杰，郭宝亭.R0110重型燃气轮机的研制[J].航空发动机，2011，37（3）：8-11.[14]包大陆.R0110重型燃气轮机气缸结构研究[J].中国新技术新产品，2012（9）：109.。
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文章编号：0258-8013 (2006) 04-0025-06
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
中图分类号：TK123 文献标识码：A
Vol.26 No.4 Feb. 2006 ©2006 Chin.Soc.for Elec.Eng.
关键词：热能动力工程；冷热电联产系统；燃气轮机；变工 况；蓄能
1 引言
随着我国经济社会的快速发展，人们越来越关 注能源系统的环境问题[1]。冷热电联产系统作为分
基金项目：国家自然科学基金项目（90210032）。 Project Supported by National Natural Science Foundation of China (90210032)．
ABSTRACT: Utilizing the typical analytical solution of single shaft constant rotating speed gas turbine and considering the variation of heat transfer coefficients of HRSG, the CCHP part-load performance is analyzed. In higher load, the CCHP owns obvious saving energy potential. With the decrease of the load, the advantage is reduced; and its performance is worse than traditional systems after the load is low enough. To improve CCHP all-operation performance, the phase change storage system and the potential storage system are combined with CCHP. Through the simulation of some building all-operation heating and cooling demands in winter and summer, respectively, it is found that the utilization of storage systems makes FESR of CCHP be increased in all-operation.
图 3 不同负荷下能量输入、输出变化
Fig. 3 Input and output of energy in part load
变工况时各子系统性能变化见图 4。在额定负 荷附近时，发电效率变化较缓，但随功率的降低下 降速度不断增加。在额定负荷时，高发的蒸汽在用 于加热低发的溴化锂溶液后，有部分仍未被冷凝； 当燃气轮机负荷降低时，溴化锂机组可以利用的热 量减少，但是在一定的负荷范围内，溴化锂机组的 输出冷量将变化较小，因此制冷系数在一定范围内 随发电功率的降低而增加。当高发进入低发的蒸汽 热量完全被低发的溴化锂溶液吸收后，溴化锂机组 的制冷量将随发电功率的降低迅速降低。随溴化锂 机组进口烟温的降低，溴化锂机组可利用的热量份 额不断降低，因此制冷系数将迅速降低。余热锅炉 随发电功率的变化较平缓，当功率从额定负荷降低 到 5%额定负荷时，供热效率从 82.6%降为 67.7%。
常规分产系统被广泛采用，并被选为参照系统。 目前中国火电厂平均发电效率为 33.3%，输变电损 失为 8.1%[8]；压缩式空调性能差异较大，本文制冷 系数按 5.0 考虑；供暖广泛采用锅炉，锅炉供热效 率为 90%。联产系统额定工况下参数汇总见表 1。
表 1 额定工况冷热电联产系统参数 Tab. 1 Parameters of CCHP in rated load
KEY WORDS: Thermal power engineering; CCHP; Gas turbine; Part-load; Storage system
摘要：利用单轴恒速燃气轮机典型变工况计算方法和余热锅 炉考虑换热系数的变工况计算方法，对冷热电联产系统的变 工况进行了分析：高负荷时联产系统有明显的节能优势；但 随负荷的降低，优势不断减少；在负荷降低到一定程度之后 已经不如参照系统性能。为改善系统全工况性能，可将联产 系统与蓄能技术有机结合。依靠对某建筑典型夏、冬季全天 冷、热负荷供应进行分析，可以看到蓄能的使用使联产系统 的节能率在较高基础上进一步得到提高。
发电机 透平
压气机
排气 4
供冷 余热型溴化锂机组
余热锅炉
排气 5
排气 6
供热
图 1 燃气轮机冷热电联产系统示意图
Fig. 1 Scheme of CCHP with gas turbine
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26
不同工况联产系统的输入、输出变化见图 3。 图中 C 为制冷量；H 为供热量。随功率 N 的降低， 燃气轮机发电效率将有所降低，因此燃料量的下降 速度较发电功率下降得慢。制冷系统和供热系统的 进口烟温下降速度较快，出口烟温也略有降低，虽 然排气量略有增加，但变化不大。因此负荷降低时 供热、制冷量减少；在负荷降低过程中，功率的下
主要取决于排气侧参数；而排气温度和流量变化很
大，从而换热系数存在较大变化。因此，余热锅炉
变工况采用考虑换热系数 k 变化的方法[6]：
kF = AGmT γ
式中 F、A 和 m 为与结构有关的常数；γ 为与管 簇形式及排气热物性有关的常数；G 为排气流量。
余热型溴化锂机组由高/低压发生器、高/低温 换热器、冷凝器、蒸发器、吸收器等换热器组成： 高压发生器的换热在排气和溴化锂溶液之间发生， 换热系数的变化也需考虑；其它换热器的两侧为液 态水、蒸汽凝结或为溴化锂溶液，换热系数很大， 而且在不同工况下溴化锂溶液和水的温度变化不是 很大，为了简化计算，可假定换热系数为定值。对 各换热器建立能量平衡方程以及质量连续方程，即 可对余热型溴化锂机组进行变工况计算。
中国电机工程学报
第 26 卷
溴化锂机组和换热器分别在夏季和冬季各自独立工
作，用于制冷和供热。
2.2 燃气轮机冷热电联产系统变工况计算方法
特定型号燃气轮机变工况特性曲线很难得到，
本文燃气轮机变工况采用典型变工况计算方法[5]
η
=
3.18N
−
4.69N
2
+
3
3.69N
− 1.18 N
4
f = 0.288 + 0.624N + 0.088N 2
大多数情况下冷热电联产系统处于变工况运行 模式，部分负荷下联产系统的性能对联产系统的发 展至关重要。为此，本文对采用单轴燃气轮机的冷 热电联产系统在不同负荷下的热力学性能进行了分 析。由于变工况运行模式将使联产系统的性能恶化， 随着蓄能系统效率和可靠性不断地提高，可以考虑 通过蓄能来解决冷、热能的供需不平衡问题，从而 改善联产系统性能。
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第4期
冯志兵等： 燃气轮机冷热电联产系统与蓄能变工况特性
27
输入、输出相对值 性能变化率
降速度最快，燃料量其次，相对而言，供热、制冷 量下降较慢。当燃气轮机达到空载时，仍然存在一 定量的排气，此时仍将有制冷量和供热量输出。
T/K
G
800
G
1.1
600
T4
T5
1.0
400
T6
_ 0.9
0
0.2 0.4
0.6
0.8
N
图 2 不同负荷排气温度及排气量变化
Fig. 2 Temperature and flux of gas in part-load
ห้องสมุดไป่ตู้1.0
0.8
0.6
0.4
C H
N
0.2
f
0
_
0
0.2 0.4 0.6 0.8 N
随功率的降低，燃气轮机排气温度和流量将有 所变化，图 2 为制冷系统和供热系统进、出口烟温 以及排气流量变化情况。燃气轮机从额定负荷降到 到 5%额定负荷时，排气温度从 544℃降到 262℃； 相对应，溴化锂机组的出口烟温从180℃降低到 142℃， 余热锅炉的出口烟温从 100℃降低到 63℃，二者的 下降速度相对比较平缓；排气量则由 1 增加到 1.13 左右。
系统 动力系统* 制冷系统 供热系统
参数
输入燃料/kW 输出功率/kW 发电效率/% 额定制冷量/kW 能量利用系数/%
节能率/% 额定供热量/kW 能量利用系数/%
节能率/%
数值 12205 4040 33.1 6882 89.5 31.0 6931 89.9 41.6
注：未考虑环境温度对燃气轮机参数的影响。
布式能源系统的一个主要发展方向，由于节能、环 保、可增加用户电力可靠性等诸多优点，在国内外 已得到广泛重视[2]。这种系统主要应用于建筑能源 领域，而建筑能源需求中的冷、热需求通常随气温 的变化而变化，因此冷热电联产系统一般为变工况 模式运行。文献[3-4]对于冷、热负荷的变化有所研究， 但它们关注的主要是设备容量的优化配置。
2.3 冷热电联产系统变工况案例 为对图 1 所示系统的变工况性能进行进一步说
明，选择 ST40 型机组作为联产系统动力子系统[7]， 溴化锂机组选择双效机组。对于直燃型溴化锂机组， 机组出口排气中热量被排向环境，因此制冷系数中 的“输入热量”采用燃料热值。本文采用的余热型 机组，机组出口排气中热量也被释放到环境中，因 此制冷系数的“输入热量”也取机组进口处排气焓 值(0℃时排气焓值为 0kJ/kg)。根据目前溴化锂机组 水平，制冷工况额定负荷时排烟温度取为 180℃， 制冷系数为 0.82。供热工况时因为供热温度只有 60℃，余热锅炉额定工况排烟温度可取为 100℃。