产业园天然气分布式能源系统热力性能测试分析

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摘要：结合天然气分布式能源站详细地进行了热力性能测试，得到了其各项热力性能指标，准确地掌握了系统实际运行状况，为后续系统的优化改造提供了有效的指导，以期为天然气分布式能源站热力性能测试提供参考。

关键词：分布式能源； 内燃机； 溴化锂； 热力性能

中图分类号：TK284.1

文献标识码：A 文章编号：16749944（2017）10015803

1 引言

分布式能源系统是建立在用户附近的多能源供应系统，通过将发电后的余热用来制冷、供热，实现能源的梯级利用，提高了能源的综合利用率，减少了环境污染[1～3]。 燃气内燃机由于产品功率加大，发电效率明显高于燃气轮机，且调节性能好，所以在CCHP系统中的应用逐渐增加。通过对国内某产业园天然气分布式能源站热力性能测试，得到系统各项性能参数，为后续能源站得优化改造提供数据支持。

2 系统流程

国内某产业园分布式能源系统采用内燃机+烟气热水型溴化锂机组+电制冷机组。其系统如图1。

其系统由天然气燃烧产生的高温高压燃气推动内燃机的发电机组运转发电；空调用冷热水由烟气热水型溴化锂吸收式机组提供，夏季来自内燃机的高温烟气进入机组的烟气高压发生器加热溴化锂溶液放热降温，温度降低到170℃后进入烟气热水换热器。来自内燃机的缸套冷却水先进入烟气热水换热器，回收低温烟气热量，将烟气排放温度降低到120℃。升温后的缸套冷却水进入热泵机组的热水发生器加热溴化锂溶液放热降温，使机组能同时利用烟气、热水加热制冷运行；冬季内燃机发电机组排放的高温段烟气热量作为驱动热源，并将从烟气中回收的热量传递给来自空调系统的供热热水，该热水出机组主体后进入板式换热器，与发电机组的缸套冷却水换热升温后返回空调系统。其主要设备如表1。

3 评价指标

3.1 一次能源利用率

3.2 内燃机发电效率

燃气内燃机组发电效率定义为：单位时间内，内燃机发电机组发电量与消耗燃料热量的比值，此处热量取燃料的低位发热量。计算公式为：

ηe=Q′e×3600VfHu×100（2）

式（2）中：ηe为内燃机发电机组效率，%；Q′e为内燃机输出功率，kW；Vf为天然气体积流量，m3/h；Hu为天然气的低位发热量，kJ/m3。

3.3 内燃机排烟热量

内燃机排烟热量在下一级设备中得到利用，一般计算方法为：

式（3）中，hfg1为内燃机出口烟气焓，通过烟气的成分及该点的温度tfg1（tfg1是烟气温度的实测值）查表得到，kJ/kg；qfg1为烟气在该点的流量，m3/h；ρfg1为烟气在该点的密度，kg/m3。

对于采用电子控制系统的燃气内燃机，烟气的质量流量可根据电控单元实测的过量空气系数λ和天然气的组分得出内燃机的空气进气量，加上内燃机天然气的消耗量得到。

3.4 溴化锂机组

性能系数（COP）是衡量供热设备最主要指标，它表征着设备能量与能量之间转换比率。对于供热溴化锂机组，COP可以表示为：

式（4）中，Qc为机组供热量，kW；Qfg、Qhw为溴化锂机组的烟气耗热量、热水耗热量，kW；we为溴化锂机组的消耗电量，kW。

4 试验结果及分析

4.1 内燃机热力性能

试验过程中对内燃机100%负荷和75%负荷进行了热力性能测试，具体测试结果如表2。从不同工况试验结果比较，内燃机发电机组在额定工况下，发电效率高于其它负荷工况。随着内燃机负荷的下降，内燃机出口烟温迅速上升，发电效率下降比较明显，而热效率对工况的变化不敏感。

4.2 溴化锂热力性能

内燃机热力性能测试的同时对溴化锂机组进行了测试，测试结果如表3。溴化锂供热量由缸套水和烟气两部份制热量组成。随着内燃机负荷的下降，进入溴化锂机组的烟气温度得到了提升，烟气的品质提高了，同时缸套水流量的减小导致缸套水制热量在总热量的比例减小了，最后导致部分负荷下溴化锂制热系数微小提升。

4.2 全厂热力性能

在冷负荷充足、两台机组满负荷工况下，对能源站进行了全厂热力性能试验，具体数据见表4。能源站热媒水的供热量为5340.2 kW，生活熱水供热量为1446.8 kW，发电量为8072.4 kW，一次能源利用率为80.2%，综合热电比为84.1%（表4）。

5 结语

针对国内某产业园分布式能源站进行了详细地热力性能测试，结果表明：能源站一次能源利用率80.2%，额定工况下，内燃机发电效率43.4%，溴化锂制热系数0.91，系统地了解了其实际运行中各主要设备的各项性能指标，对机组的运行优化有较高的指导意义，为同行在分布式能源系统中的性能评价提供有益帮助。

参考文献：

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陈 强，纪星星，李义强，等.余热利用冷电联工系统热力性能分析[J].热力发电，2015，44（9）：32～36.

[2]谷雅秀，王生鹏，高振生.冷热电三联产系统研究进展[J].热力发电，2010，39（12）：14～22.

[3]Chicco G，Mancarefla P.Distributed multi-generation：a comprehensive view[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2009，13（3）：535～551.