车载式热电联供系统(方案)

车载式热电联供系统车载式热电联供系统 初步设计方案初步设计方案 1 系统功能及其特点系统功能及其特点 功能功能 本系统是一种快速机动型可完成独立供电 供热水的系统 特点特点 它的最大特点是快速机动性和独立性 它不但可以快速发电 而且发电 的品质非常高 在发电的同时又可以提供热水 它可以保障野营或者野外作业 时用电和用水的要求 该系统具有体积小 低噪声 低振动 综合效率高 可 靠性高 维护周期长 寿命长等优点 车载式热电联供系统采用半密封箱体结 构 具有防雨 防雪 防尘功能 它使用方便 可保证全天候工作 2 系统组成系统组成 系统主要由国际上最先进的微型燃气机和高效换热器及附属的配件组成 主要部件如下 拖车 承载热电联供系统 车厢 半密封式车厢 用于保护设备 适应恶劣环境要求 微型燃气发电机组 热电联供系统的核心部件 燃油箱 为整个动力提供燃料 控制操作柜 完成控制 热交换控制 通风控制 通讯等 输出配电系统 为用户提供输出的电力接口 热交换系统 包括给水系统 冷水进口 热交换 热输出口 通风装置 为车箱提供通风和冷却 消音装置 加装消声器 使噪音更低 3 系统工作原理系统工作原理 微燃机微燃机 微燃机发电机组是一种多项核心技术集成的高科技术产品 主要由 1 径流式叶轮机械 即离心式压气机和向心式涡轮组成 2 单筒形高温 高压 低排放燃烧室 3 回热器 4 空气轴承 5 高速发电机 6 变逆系统等部分组成 其工作原理是 空气经压气机压缩进入燃烧室 与 喷入燃烧室内的燃料混合 由点火器点火燃烧 产生高温 高压燃气驱动涡轮 旋转 带动高速发电机做功 该机组供气 供油 冷却 供电均由一套高度自动化的管理系统进行运行 管理 即人工发出起动指令后 系统首先对起动所需要条件进行自检和准备 然后起动机组并自动送出电能 当负载发生变化时 机组将自动增 减进油量 调整转速 可达到瞬态跟踪负载的目的 该型机组由于其特殊的燃烧和工作方 式 使其做到了体积小 重量轻 低温起动能量和负载能力强 低噪音 使用 寿命长 其主要技术指标为 功率一般在 0 30KW 之间 转速 50 000 100 000r min 发电效率 24 28 之间 噪声 65dB A l0m 处 废气排放 NOx 为 130mg m 左右 维护间隔时间 8000h 以上 大修期 40000h 以 上 燃料消耗率 300g KW h 左右 换热器 换热器 采用锅炉单通道轧片式翘片管烟气换热器 该换热器具有换热效率高 工作可靠 使用寿命长等特点 为不影响发电机的工作效率 在换热器出口装 有烟气风机 换热器芯体示意如图一所示 图一 换热器示意图 换热器参数 项目单位相关参数 额定换热量KW51 9 介质水 额定流量M h0 82 最大工作温度 90 管内 接口管径进 出 DN30 介质烟气 额定流量M h1000 最大工作温度 300管外 接口管径进口 DN200 出口 DN300 底座固定螺钉4 M12 外形尺寸长 宽 高 mm 950 550 250 重量Kg76 换热器设计方案 设计思路设计思路 该余热吸收装置采用锅炉单通道热交换器 高温 2800C 烟气流经 热交换器后温度变为 1200C 储水箱内冷水温度按 100C 计算 可设 定上限温度为 600C 烟气流量为 12 17m3 min 取 15m3 min 水流量 为 820L h 计算方法计算方法 烟气热负荷为 q c1m1 t1 1 004 15 60 1 293 280 120 51 9Kw 可加热水温为 t2 由 q c2m2 t2 1 4 18 820 3600 t2 10 得 t2 600C 对流换热公式 q KF tlm中 可查 K 33W m2 K 设计管径 30mm tlm t1 t1 t2 t2 ln t1 t1 t2 t2 280 10 120 60 ln 280 10 120 60 1400C 代入上式可得 F 11m2 该热水器为容积式热水器 由经验值可得 F1 F 0 43 0 56 8 45m2 所用热交换器单个换热面积为 1 45 m2 可求得需热交换器的个数为 n 8 45 1 45 5 8 6 个 考虑到结构及换热效果等综合因素 暂定热交换器按照 2 层 每层 3 个来 排布 4 系统运行说明系统运行说明 首先是燃气轮机电池组 经过变换 给发电机提供电力 带动燃气轮机旋 转 点火成功后开始向外输出电力 整个系统在这个控制柜系统的控制下 在 发电机组稳定后 开始控制配电盘输出 向外提供电力 如果只需要供电 不 需要供暖或供热水 控制柜将输出信号 将风阀打开 排放的烟气通过烟道直 排出去 如果有热水的需求在控制柜打开热交换器的风阀 然后关闭直排的风 阀 外部水路管线接好 水从这个热交换器出来进入热水储水罐 热水储水罐 内水温可达到 60 热水经混水阀后可以供洗澡或者做其它用途 4 1 控制原理如下 控制原理如下 带余热的烟气从 HS2口回收 SV 为烟气换路器 当热水 需要加热时 控制柜发出烟气换路信号 换路阀 SV 开始工作 高温烟气从旁 通管进入换热器 HE 与水进行热交换 经放热后从换热器 HE 出来的低温烟气 进入强制排烟系统 FAN 强制排烟系统 FAN 产生一定的负压 加速烟气排放 换路阀 SV 换路以后 使水泵开始工作 将热水储水罐 WT 中的水输送到 烟气换热器中 对水加热 热水在换热器与热水储水罐之间循环 烟气的热能 以水温升高的方式被储存下来 当热水储水罐中的水温度为 60 2 时 水泵 停止工作 换路阀 SV 将烟气直接排向大气 热水储水罐 WT 采用内外双胆中间 充入绝热材料 对水保温 当水温度降低至 40 时 热水泵重新工作 热水循 环被加热 换路阀 SV 又将烟气切换到换热器中来进行换热 当热水储水罐 WT 中的水位低于设定值时 系统将发出指令要求充入冷水以达要求 用户需要热水时 打开 DW3 热水阀 热水泵开始工作 热水通过混水器使 冷 热水混合达到用户对水温的要求 图中 DW4 为排水阀 DW2 为自来水进水阀 DW3 为热水阀 CG 为下限水位 开关 THM2 为冷烟气温控开关 THM3 为热烟气温控开关 DW1 为烟道换路机构 EV1 EV2 和 WK1 WK2 分别为换路电磁阀和位置开关 THM1 为体胀调温器 DW5 为混水阀 4 2 控制方案控制方案 A 4 2 1 A 方案特点 使用传统的工业分立电气布局 具备一定的自动化程度 结构简单 易于野外快速保障维护 4 2 2 A 方案控制原理图 4 3 控制方案控制方案 B 4 3 1 B 方案特点 使用微电脑控制 工业电气板卡模块化布局 具备自动化程度 结 构复杂 系统控制流程能升级 野外保障维护困难 容易受电磁环境影 响 使用操作方便 4 3 2 B 方案控制布局图 1234 A B C D 4321 D C B A Title NumberRevisionSize A4 Date 8 Dec 2007 Sheet of File C DIANLU 1 DX DU 01 YURE01 SCHDrawn By Thm2 Fan M Pum M WK1 EV1 K2 K1 K3 220V N J1 1 DX2 DX1 Thm3 J2 J2 1 J1 2 J1 Thm1 J3 1 J3J4 EV2 WK2 J4 1 J4 2 DX3 P1 P2 P1 P2 J5 CG J5 1 DX4 J5 2 J5 3 LH J4 2 4 3 4 B 方案控制流程 在控制柜处的通讯端口监测整个燃气轮机的工作状况 同时还监测其它系 统的运行 按用户要求确定 A 或者 B 方案 5 拖车式热电联供的主要参数拖车式热电联供的主要参数 a 输出功率 27 2KW b 输出电压 380V c 输出频率 50Hz d 输出相数 三相四线制 e 使用环境 20 50 f 最大移动速度 90Km h g 最高使用海拔 4000m 但是要进行相应的功率计算 h 热水温度 60 2 i 热水流速 820L h 6 微型燃气轮机系统的主要优点微型燃气轮机系统的主要优点 高可靠的运行 无人值守的运行 连续长时间运行 中间无需要任何保养可以连续工作 4000h 以上 高寿命设计 40000h 寿命 主要核心部件 工作时没有任何振动 低温起动性能好一般 2min 启动完成 噪音小 没有柴油机的低频噪声 离机体 10m 处不大于 65dB A 环保 尾气达到欧洲 V 标准 尾气可以进行热电联产 由于重量较轻所以非常适合分布式发电 以及做移动电站 综合利用效率较高 7 其它应用方向和应用对象其它应用方向和应用对象 应用方向 应用方向 非常适合做移动电站 整机质量非常轻 电品质的参数非常的 好 具有快速的对外供电能力 加上良好的越野性能 可以保证快速的到达任 何地方 提供电力 应用对象 应用对象 抢险救灾 执行野外作业任务 勘探 为大型的露天活动提供 电力 同时还可以提供生活热水 改善野外条件 以及执行其它特勤任务并可 以处理任何突发事件 8 试验执行标准试验执行标准 车载式热电联供系统发电测试按以下标准进行 车载式热电联供系统发电测试按以下标准进行 GJB235A 97 交流移动电站通用技术条件 GJB1488 96 军用移动电站通用试验方法 9 开机步骤开机步骤 1 检查油箱油位符合要求 2 利用燃气轮机自带的 display panel 控制面板进行自检 3 自检合格后 按下启动按钮 4 当面板上的发电指示灯亮时 即可接通负载 5 如需要进一步了解发电的参数时 按提供的操作说明进行操作 附录附录 I C30 微型燃气轮机微型燃气轮机 1 微型燃气轮机的结构微型燃气轮机的结构 微型燃气轮机是拖车式热电联供的核心部件 发电机组由美国 Capstone 公 司生产 微型燃气轮机内部结构剖面图如图 1 所示 图 1 微型燃气轮机内部结构剖面图 Capstone 公司生产的微型燃气轮机的主要组成部分包括 发电机 离心式 压缩机 透平 回热器 燃烧室 空气轴承 数字式电能控制器 将高频电换 为并联电网频率 50 60Hz 提供控制 保护和通讯 这种微型燃气轮机的独特设 计之处在于它的压缩机和发电机安装在一根传动轴上 该轴由空气轴承支撑 在一层很薄的空气膜上以 96000r min 转速旋转 这是整个装置中唯一的转动部 分 它完全不需要齿轮箱 油泵 散热器和其他附属设备 2 微型燃气轮机采用的几项关键技术微型燃气轮机采用的几项关键技术 1 空气轴承 空气轴承 空气轴承支撑着整个系统中唯一的传动轴 它不需要任何润 滑 从而节约了维修成本 避免了由润滑不当产生的过热的问题 提高 了系统的可靠性 它可使微型轮气燃机以最大输出功率每天 24h 全年连 续运行 2 燃烧系统技术燃烧系统技术 已取得专利的燃烧系统设计使其成为最清洁的化石燃料 系统 不需进行燃烧后的污染控制 3 数字式电能控制器 数字式电能控制器 将电力电子技术与高级数字控制相结合实现了多功 能 如调解发电机电功率 实现多个燃气轮机组控制 调节不同相之间 的功率平衡 允许远程调试和调度 快速削减出力 切换并网运行模式 和独立运行模式 数字式电能控制监视器可监视多大 200 个变量 它可 控制发电机转速 燃烧温度 燃料流动速度等变量 所有操作可在一套 界面友好的软件系统上进行 3 微型燃气轮机优点微型燃气轮机优点 微型燃气轮机与常规发电装置相比具有如下优点 1 环保环保 微型燃气轮机的废气排放少 使用天然气或者丙烷燃料满负荷运 行时 排放的体积数 NOx 小于 9 10 6 使用柴油或者煤油燃料满负荷运 行时 排放的体积分数 NOx 小于 35 10 6 采用油井气做测试 排放的体 积分数 NOx 小于 1 10 6 其他采用天然气作为燃料的往复式发电机产生 的 NOx 比微型燃气轮机多 10 100 倍 柴油发电机产生的 NOx 是微型 燃气轮机的数百倍 2 维护少 维护少 微型燃气轮机采用独特的空气轴承技术 系统内部不需要任何 润滑 节省了日常维护 每年的计划检修仅是在全年满负荷运行后更换 空气过滤网 3 效率高 效率高 微型燃气轮机发电效率可达 30 联合发电机和供热后 整个 系统能源利用率将大幅度提高 4 独立发电和并网 微型燃气轮机可并联