燃气轮机和内燃机发电机组性能及经济性分析.pdf

书书书 ?收稿日期? ? ? ? ?修回日期? ? ? ? ? 燃气轮机和内燃机发电机组性能及经济性分析 沈建锋?张?岗?杨世杰?刘?伟?陈耀耀 ?江苏中核华纬工程设计研究有限公司? 江苏 南京 ? ?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 中图分类号? ? ? ?文献标志码? ? ?文章编号? ? ? ? ? ? ? ? ? ?作者简介?沈建锋? ?男?浙江绍兴人?工程 师?博士?主要从事节能环保相关技术的研究与设计工作? ?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? ? ?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?在分布系统中 应用的主要是发电功率范围为? ? ? ? ?的微 型?小型燃气轮机组? 内燃机组是将液体或气体燃料与空气混合后? 直接输入气缸内部燃烧并产生动力的设备?是一种 将热能转化为机械能的热机?具有体积小?热效率 高?启动性能好等优点?发电功率范围为? ? ? ? ?美国不同规模分布系统的发电机组发电功率 见表? 表?美国不同规模分布系统的发电机组发电功率? 发电功率 范围? ? ? 燃气轮机组内燃机组 数量 ?座 平均发电 功率? ? ? 数量 ?座 平均发电 功率? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?由表?可知?对于发电功率小于? ? ?的分布 系统?内燃机组比例较大?这是由于发电功率在? ? ?以下时?燃气轮机组的发电效率较低?经济性较 差?因此多选用内燃机组?对于发电功率范围为? ? ? ? ?的分布系统?燃气轮机组的数量约为内燃 机组的?对于发电功率大于? ? ?的分布系 统?燃气轮机组比例超过内燃机组?这是由于当发电 功率较高时?燃气轮机组的发电效率较高?若进一步 采用燃气轮机组?蒸汽联合循环?分布系统的发电 ? 第?卷?第?期 ?年?月 煤 气 与 热 力 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 效率?调节灵活性?经济效益都将进一步提高? ?分布系统配置 分布系统一般包括动力设备?主要为发电机 组?余热利用设备?主要为带补燃的余热锅炉?换 热设备?带补燃的吸收式冷热水机组等?供配电设 备?主要为电控设备等?燃气供应设备?监控装置 等?常规配置见图?在实际设计中?应根据发电机 组特性?用户需求?热电比?冷热负荷特性?等多方 面因素合理配置分布系统?以实现能源的高效经济 利用? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图?分布系统常规配置 ?动力设备对分布系统的性能起着至关重要的作 用?其排放的余热被下游的余热利用设备回收利用? 成为分布系统的驱动源头?一般情况下?当负荷主 要为冷热负荷时?余热利用设备宜采用吸收式冷热 水机组?当负荷主要为蒸汽或热水负荷时?余热利用 设备宜采用余热锅炉及换热设备? ?发电机组性能比较 ?性能参数 燃气轮机组与内燃机组热电输出特性将影响分 布系统的性能?两种品牌不同型号小型燃气轮机组 与内燃机组的性能参数分别见表?由表?可 知?小型燃气轮机组适用于较大规模的分布系统?内 燃机组适用于较小规模的分布系统?相近发电功率 下?内燃机组的发电效率比小型燃气轮机组高?但前 者的排烟温度较低?此外?与内燃机组相比?燃气轮 机组性能受海拔和环境温度影响较大? ? ?但在确 定厂址的前提下?负荷变化对两种发电机组性能的 影响较为突出? 表?索拉小型燃气轮机组性能参数 型号? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 发电功率? ? ? ? ? ? ? ? ? 天然气耗量? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 发电效率? ? ? ? ? ? ? ? ? 排烟温度? ? 表?卡特比勒内燃机组性能参数 型号? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 发电功率? ? ? ? ? 天然气耗量? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 发电效率? ? ? ? ? ? ? ? ? 排烟温度? ? 缸套水热流量? ? ?变工况特性 在分布系统中?发电机组常运行在部分负荷状 态下?其变工况特性对分布系统综合性能影响较大? 以发电功率均为? ? ?的燃气轮机组?内燃机组为 例?热效率?发电效率随负荷率的变化见图? 由图?可知?随着负荷率的降低?两种发电机组的发 电效率均呈现下降趋势?但内燃机组的发电效率比 燃气轮机组高?绝对值?左右?燃气轮机组的 热效率明显高于内燃机组?前者的热效率随着负荷 率的降低而降低?后者的热效率随着负荷率的降低 有上升趋势?由以上分析可知?尽管两种发电机组 在额定工况下具有大致相同的热电总效率?热效率 与发电效率之和?但内燃机组的变工况特性更优? ?余热特性 ? ?燃气轮机组 微型燃气轮机组的烟气温度较低?集中在? ?左右?主要用于制冷?供暖?制备生活热水?少数情 况用于生产低压蒸汽?小型燃气轮机组的烟气温度 ? 第?卷?第?期?煤 气 与 热 力? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图? ? ?燃气轮机组?内燃机组热效率?发电效率 随负荷率的变化? 较高?烟气温度在? ?以上的机组占? ?烟 气温度在? ?以上的机组占? ?主要用于生 产高压蒸汽?除直接利用及利用蒸汽型吸收式冷水 机组制冷外?还可推动蒸汽轮机发电机组发电?组成 燃气轮机组?蒸汽联合循环系统? ?内燃机组 与燃气轮机组的余热全部体现在烟气不同?内 燃机的余热分为两部分?一部分为缸套冷却水余热? 是为保证燃气内燃机正常工作温度?通过冷却系统 带走的热量?温度较低?另一部分为烟气余热?是燃 料燃烧做功后烟气携带的热量?烟气温度基本介于 微型与小型燃气轮机组之间?由于缸套冷却水温度 较低?主要用于供热?制备生活热水?烟气可用于驱 动吸收式冷水机组及生产蒸汽外输? ?燃气进气压力? 一般情况下?发电机组燃气进气压力由低到高 的顺序为?内燃机组?微型燃气轮机组?小型燃气轮 机组?小型燃气轮机组进气压力比较大?一般为高 压或次高压?因此需要增设燃气压缩机?而燃气压缩 过程需要消耗大量能量?影响到小型燃气轮机的实 际输出功率?一些项目甚至需要消耗小型燃气轮机 ? ? ?的输出功率?内燃机组与微型燃气轮机 组燃气进气压力较低?通常为低压或中压? ?经济性 目前?相同发电功率的燃气轮机组?内燃机组的 使用寿命?大修间隔时间基本相同?内燃机组的单位 发电功率运行维护费用略高于燃气轮机组?但单位 发电功率造价约为燃气轮机组的?此外?对于 具体的分布系统?经济性还与全年负荷波动?当地能 源价格以及环保要求等指标有关? 为避免补燃和余热排空现象的发生?一般根据 用户需求选择发电机组类型和容量?从而获得较大 的节能和经济效益?当建筑冷热负荷全年波动较 大?导致不得不采用补燃或余热部分排空方式进行 调节时?分布系统经济性势必受到一定影响? 左政等人?以发电功率分别为? ? ?的燃 气轮机?内燃机组分布系统作为研究对象?对两种分 布系统在不同热电比下的一次能源消耗量进行比 较?研究结果表明?对于发电功率为? ? ?的分布 系统?若用户余热需求在两种发电机组最大可利用 余热量之间变化时?内燃机组分布系统在大部分区 域比燃气轮机组分布系统节能?只有当余热需求接 近燃气轮机组最大可利用余热量时?燃气轮机组分 布系统才比内燃机组分布系统节能?对于发电功率 为? ? ?的分布系统?在任意情况下内燃机组分布 系统均比燃气轮机组分布系统的整体性能优? 此外?还应考虑后期维护所需人工费用对运行 费用的影响?以欧洲某品牌内燃机组为例?外派维 修人工费用约?欧元? ? 参考文献? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?冯继蓓?高峻?杨杰?等?楼宇式天然气冷热电联供技 术在北京的应用? ?煤气与热力? ? ? ? ? ? ? ?张云飞?杭州市推广天然气热电冷联供系统的可行 性? ?煤气与热力? ? ? ? ? ?杨俊兰?冯刚?马一太?等?楼宇式天然气热电冷联供 系统的应用? ?煤气与热力? ? ? ? ? ?柴沁虎?耿克成?付林?等?我国发展燃气热电冷联产 系统的探讨? ?煤气与热力? ? ? ? ? ?兰丽?张泠?顾登峰?建筑冷热电联产系统与可持续 发展? ?煤气与热力? ? ? ? ? ?龚希武?李艳红?胡国新?等?我国天然气热电联产的 发展及障碍? ?煤气与热力? ? ? ? ? ?郝小礼?张国强?建筑冷热电联产系统综述? ?煤 气与热力? ? ? ? ? ?段洁仪?冯继蓓?梁永建?楼宇式天然气热电冷联供 技术及应用? ?煤气与热力? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?沈建锋?等?燃气轮机和内燃机发电机组性能及经济性分析?第?卷?第?期 ?王丽?魏敦崧?天然气分布式能源系统的应用? ? 煤气与热力? ? ? ?胡小坚?王忠平?张雪梅?等?分布式天然气? ? ? ?系 统应用研究现状与前景? ?煤气与热力? ? ? ? ? ? ?左政?华贲?燃气内燃机与燃气轮机冷热电联产系统 的比较? ?煤气与热力? ? ? ?左远志?杨晓西?丁静?微型燃气轮机的生产厂商与 性能影响因素? ?煤气与热力? ? ? ?刘蜀清?内燃机和燃气轮机在发电领域的比较? ? 内燃机? ? ? ?张丹?高顶云?郭甲生?等?分布式能源系统燃气发电 机组特性及选型原则? ?煤气与热力? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?信息? 重庆设国内首只页岩气专业创投基金 ?重庆发展页岩气及相关产业?有了专门的金融 工具支持? 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