文章摘要：本文通过对燃机进气冷却的原理和作用进行分析，结合当前国家鼓励推广的的分布式燃气冷热电三联供现状，阐述了利用溴化锂吸收式制冷机组回收电厂余热用于燃机进气冷却的方案，为提高电厂能源利用效率，实现分布式燃机项目进一步节能环保目标提供了建议和思路。
关键词：吸收式制冷；燃机进气冷却；冷热电三联供；分布式能源系统
1、燃机进气冷却系统的提出
随着社会的不断进步和物资生活水平的不断提高，人民日益增长的美好生活需要逐渐成为社会的主题，全球环境不断恶化，传统火电市场容量接近饱和，能源短缺问题日益严重。污染小、启动快、调峰性能强、综合能源利用率高的分布式燃气冷热电三联供系统在电力系统中的应用日益广泛，受到社会的的广泛关注。
燃气冷热电三联供系统是基于传统热电联产应用技术发展起来的一种新型的分布式能源供应方式，具有机组小型化、分散化布置（更靠近用户）、同时制备冷热电多种负荷的特点，可以实现能源的综合利用和阶梯式供应，是一种能源利用的集成化应用技术。该系统通常使用燃气（天然气、石油气、瓦斯气、生物质气等)作为一次能源，将发电系统、供热系统和供冷系统相结合，首先采用小型燃气轮机、燃气内燃机或微燃机驱动发电机进行发电，发电后的高温尾气通过余热回收装置进行回收，用于用户的供热和供冷。与独立供应冷、热、电负荷的系统相比，燃气冷热电三联供系统可提高一次能源的利用效率（综合能源利用效率大于70%），同时满足用户对冷、热、电能源的使用需求，是政府大力推广应用的一种综合供能方式。
作为一种以介质燃烧为主体的开式热力循环，燃气轮机的系统出力和性能与其所处的环境温度休戚相关。由于燃气轮机是定容式动力机械，随着进气温度的升高,空气密度下降,通过压气机和透平的质量流量减少，机组的输出功率和效率降低，热耗率和排气温度相应增加，进而影响项目的整体出力和经济性。根据GE公司提供的9E型燃机的性能曲线（如右图所示），相较于进气温度5℃的基准工况，当大气温度上升到38℃时，燃气轮机出力大约为设计值的85%，热耗却上升到设计值的104%，排气温度也从设计值523℃上升到536℃。相关数据表明，空气温度上升1 ℃，最大可导致燃气轮机发电能力下降1%左右。然而，随着气温的上升，用户对于电负荷和冷负荷的需求却不断增加，系统出力和用户需求的变化规律相反，导致在夏季高温时期，电网迫切需要燃机电厂满负荷调峰时，燃机却因为进气温度上升导致自身出力的大幅下降，难以发挥燃机电厂的调峰作用。
那么，燃机系统应该怎样解决这个矛盾呢？
相较于改变设备制造工艺，提高燃机的各项性能指标，尽可能实现机组在多种多样的项目环境下保证出力和效率的方案，降低燃机进气温度，使燃机的进气温度达到或者低于标准15℃的设计工况，保证机组的额定出力，毋宁是治标治本的最佳方案。
2、常见的燃机进气冷却系统及其优缺点
目前通用的燃机进气冷却系统主要有以下几种：
（1）蒸发冷却：利用喷水雾或者湿膜加湿方式对燃机进气进行降温，通过水蒸发吸收汽化潜热降低空气的干球温度，整体工艺属于等焓加湿过程。
优点：整个处理过程，水蒸气和燃气进气直接接触，效率较高，工艺简单，投资少。
缺点：处理过程属于等焓加湿过程，除部分干旱地区外，降温幅度低且不易控制，处理后的空气含湿量增加，风速较大的情况下容易产生带水现象，容易产生燃气轮机叶片的腐蚀和不安全运行。
（2）表面式冷却：利用冷却盘管等换热设备对燃机进气进行间接换热，通过盘管中的冷水对燃机进气进行降温，整体过程属于减焓减湿过程。
优点：冷却盘管管内水温为5-7℃左右的冷水，降温幅度大且容易控制，冷却过程属于减焓减湿过程，进气含湿量减少，可以进一步提高机组效率。
缺点：系统设计困难，控制复杂，投资较高。
常用的表面式冷却实现方式有：
吸收制冷：利用电厂发电产生的余热来驱动制冷方式，该方式可以利用低品位热能，且可充分利用电站余热，目前发展较快、应用较为广泛。
电制冷：利用电动冷水机组来制取冷水，制冷耗电量会部分抵消了安装燃机进气冷却装置而提高的出力，整体效益大大降低，应用较少。
冰蓄冷制冷：冰蓄冷制冷本质上也属于电制冷，是采用制冷机和蓄冷装置，在电网低谷的廉价电费计时时段，进行蓄冷作业，而在空调负荷高峰时，将所蓄冷的冷量释放利用的成套技术。该方案可以有效地做到合理用电，缓解电力负荷的峰谷差现象，改善了电力系统的整体效益。
3、燃气冷热电三联供系统冷热电负荷的匹配
燃气冷热电三联供系统确定发电机组的配置容量时，需要保持系统中冷（热）、电负荷的相互匹配。为实现整体系统对能源的梯级利用和经济运行，必须使发电机组排放的余热得到有效的回收利用，尽量避免或减少系统单独发电的运行工况。在以冷（热）定电的系统中，发电机组一般按满足基本空调负荷（并网的情况为最大负荷的50%〜70%)的要求进行欠负荷匹配，这样既可适当减小发电机组的配置容量，降低设备投资费用，又可提高发电机组的满负荷运转率，保证系统运行的经济性。
冷（热）网建设具有投资巨大和周期长的特点，尤其是管道比摩阻数值较大的供冷官网，供冷半径一般不宜超过1.5km，如果在此范围内的用户冷负荷不多，相应的燃气冷热电三联供系统的整体容量也不宜过多（否则会影响整个项目的效率），但此时的用电负荷往往较大，产生用冷负荷和用电负荷的不匹配，影响项目建设实际意义。
4、溴化锂吸收式制冷系统在燃机进气冷却系统中的应用
通过将溴化锂吸收式制冷系统产生的冷水引至燃气进气冷却系统，一方面可以有效的增加了用户侧的冷负荷，提高整个项目的配置容量；同时可以在不增加额外投资的基础上，利用现有的制冷系统，降低燃机进口空气温度，提高了机组的出力和效率，为项目的节能环保提供了良好的基础。
经过对国内部分电厂的调研，燃机进气冷却系统的投资回收期一般为2-3年，整体收益率良好。
5、结语
本文通过对燃机进气冷却的原理和作用进行分析，结合当前国家鼓励推广的的分布式燃气冷热电三联供项目现状，提出了利用溴化锂吸收式制冷机组回收电厂余热用于燃机进气冷却的方案，为实现燃气联供项目的冷、热、电负荷匹配，提高电厂能源利用效率，实现进一步节能环保提供了建议和思路，具有很好的社会效益和推广性。
参考资料:
1、吴利辉，杨洪海，吴植华《三联供系统配置及运行策略的多目标优化分析》
2、何语平，祝耀坤《采用进气冷却技术提高燃气轮机的出力和热效率》
3、陆耀庆《实用供热空调设计手册》（第二版）
4、CJJ 145-2010《燃气冷热电三联供工程技术规程》
论文作者:宁方哲
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/4
标签：系统论文; 负荷论文; 机组论文; 燃气论文; 热电论文; 燃气轮机论文; 能源论文; 《电力设备》2019年第2期论文;