某天然气分布式能源站进气制冷改造

连航 上海华电福新能源有限公司

“冷热电”三联供分布式能源系统是直接面向用户，按用户需求就地生产并供应能量的中小型能量转换利用系统。同时，采天然气做燃料源、能源的梯级合理利用可以降低地区污染物排放总量和强度。随着支持政策的陆续颁布，分布式能源正在成为我国实现节能降耗的重要方式。根据相关规划，到2020年底，全国将建成天然气分布式能源项目147个，装机容量将达到1654万千瓦。

但内燃机作为“冷热电”三联供的核心，其性能和环境温度密切相关。并且目前我国有不少以燃机发电设备集中在长三角和珠三角[1]，两地夏季平均温度较高。因此未来分布式能源系统要在我国各地高效发展，必须保证内燃机在极端天气下的性能。

一、系统概况与参数

某天然气分布式能源站，配有6台4.4MW级燃气内燃机发电机组，采用一拖一方式相应装设6台吸收式烟气热水型溴化锂冷热水机组，构成冷、热、电三联供的分布式能源供能系统。能源站采用“以冷热定电、自发自用、余电上网”的运行模式。

内燃机运行产生95℃缸套水与360℃烟气进入溴化锂机组；溴化锂机组制冷状态下额定进口温度为15℃，额定出口温度为6.3℃。

二、进排风系统介绍

该能源站每台内燃机隔音小室由4台轴流风机进风系统组成，进风量为128000m³/h，排风量为105000m³/h。内燃机房墙外排风口与进风口处于同一垂直平面，高度差约为3.5米。由于空间限制，排风管无法做延伸处理，实际运行过程中存在内燃机排风与进风短路问题，一部分排除的热风直接被进风口吸入，导致进风口温度高于环境温度。

三、进气温度对内燃机的影响

当机组进气温度上升时，会使进气密度下降，燃机功率随之下降[2]。摘取该天然气分布式能源站2017年实际运行数据可以发现，当环境气温高于32℃时，内燃机进气温度将高于40℃。由于该能源站内燃机系统逻辑设置，当内燃机进气温度将高于40℃时，进风温度每上升1℃时，机组自动降低2%发电负荷。

由进气温度超限导致的自动将功率降低了能源利用率，影响能源站经济效益。

四、燃机进气制冷改造

（一）目标制定

通过上述分析，想要解决高温天气下内燃机降负荷的问题，必须降低内燃机进气温度。

结合实际情况，该能源站计划加装进气冷却装置对内燃机进风降温，使内燃机进气达到设计温度[3]。冷却装置主机采用卧式制冷空调，安装在燃机隔音罩进风口前，采用新风工况运行。为了不让制冷空调影响内燃机的进气量，制冷空调机组出风口与内燃机进风口之间留有40cm空间，使得内燃机进气50%经空调冷却，另外50%就地进风。

选择制冷装置主机参数时，应保证大部分高温天气下机组能达到满负荷要求，不考虑极端高温天气下的小部分降处理情况。

查阅该地区气象资料，单月平均高温最高为34℃，极端高温为37℃，因此设定目标是保证环境温度35℃时内燃机进气温度低于39℃。

（二）冷负荷计算

由现场实测及查阅焓湿图后计算得空调进风口与出风口空气焓差Δh=100.5-92.13=8.37kj/kg。空气密度ρ取1.2kg/m³，进风量 v取64000m³/h，由 Q=ρ×Δh×v可得冷负荷为178.56KW，考虑20%安全系数后，冷负荷需求为214.27KW。

（三）设备参数及系统工艺流程确定

为了不影响供能，计划从溴化锂回水母管引入设计温度为15℃的冷冻水作为空调进水，设计出水温度为20℃。

根据上述数据，结合市场上已有的制冷装置型号，确定选用制冷装置主机参数如下：

制冷功率：215Kw；进风口温度：43℃；出风口温度：35℃；冷冻水进水温度：15℃；冷冻水出水温度20℃；主机风量：64000m³/h。

由Q=cmΔT得设计流量为34.36t/h，考虑20%安全系数后得六台内燃机需要冷冻水流量为247.39t/h。

由于该能源站以热定电，发电负荷较多变，因此计划用两台水泵提供流量，当运行三台及以下内燃机时启动一台水泵即可，单台水泵设计流量为125t/h。

五、改造结果及结论

改造项目于2018年底完成，2019年夏季最高气温37℃，当日4台内燃机运行，开启两台水空调泵对燃机进气进行冷却后，内燃机进气温度最高为39.8℃。整个夏季未出现因为进气温度超限而降负荷对现象，符合改造前制定的目标。

利用溴化锂回水对内燃机进气制冷，保障了内燃机高温天气满负荷运行，增加了经济效益。