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基于燃气内燃机的热电冷三联供系统 代 焱 叶水泉 刘月琴 杭州华电华源环境工程有限公司 国电机械设计研究院 摘要：热电冷三联供作为提高能源利用率的一种有效形式，对电力、燃气调峰和城市节能有很大的益处，越来越引起人们的重视，本文主要探讨基于燃气内燃机的热电冷三联供的运行模式及其设计方法，并与常规系统进行了经济性比较。 关键词：热电冷三联供 内燃机 余热利用 1 引言 1.1 概述 热电冷联Combined Cooling, Heating Power）是一种建立在能量的梯级利用基础上，将制冷、供热（采暖和卫生热水）及发电过程一体化的多联产总能系统，目的在于提高能源利用效率，减少碳化物及有害气体的排放。 典型热电冷三联供系统一般包括：动力系统和发电机（供电）、余热回收装置（供热）、制冷系统（供冷）等。针对不同的用户需求，热电冷联供系统方案的可选择范围很大：就而言可选择式蒸汽式燃气；就制冷而言可选择压缩式、吸收式或其它热驱动制冷还可以根据用户性质、条件选择大规模热电冷联生产装置和设在用户现场的联装置。热电冷联与集中式发电-大型发电厂的发电效率般为3％到90％，且没有输电损耗。 2）CCHP在降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力：据有关专家估算，4％提高到8％，到2020 年CO2的排放量将减少30规模相对较大的CCHP，向周供冷暖、热水和电力。由于这类系统相对比较独立，根据国际和国内的惯例，称之为能源岛系统。 图3 燃气轮机+余热锅炉+蒸汽轮机+溴化锂吸收式及电制冷式机组示意图 模式4）较适合于楼宇的热电冷系统BCHPCooling, Heating Power），向本楼宇供冷暖、热水和电力，实现临近系统的互相支援和补充。蓄冷等技术，减小 图1 热/电/冷年负荷曲线 图2 热/电/冷日负荷曲线 4 内燃机热电冷三联供系统 4.1 发电机系统 发电机组与电网并网设计，但不能向电网送电，由电力设计院审核并网是否会影响电网波动。 发电机组运行时负荷率不能低于35％，否则效率下降很快。 发电机组有如下几种运行模式： 1）发电机组单独为末端供电； 2）发电机组与市电自动切换运行； 3）发电机组与市电并网运行。 4.2 余热利用系统 对于燃气（油）内燃机，燃料热量约1/3用来做功发电，约1/3通过烟气散热，还有约1/3通过缸套水、中冷水及辐射热散失。因此对烟气和缸套水、中冷水进行余热回收利用，系统综合能源效率可达80％～90％（辐射热较少，一般不加以利用）。 余热利用采取的原则是：优先利用缸套水，其次利用烟气，再次利用补燃。 1）完全利用余热：末端空调负荷较小，缸套水及烟气余热能够满足末端使用要求。 2）部分利用余热部分利用燃气：末端空调负荷较大，缸套水及烟气余热不能够满足末端使用要求，需要燃气补燃。 3）完全使用燃气：发电机组停机，溴化锂机组驱动热源采用燃气直燃。 4.2.1 烟气系统 内燃机内燃机 图5 内燃机热电冷三联供流程图1 缸套水出口处的电动三通阀V1根据缸套水进水温度（设定85℃，可调）控制，用于散热的冷却塔的冷却水泵变频。 1）在缸套水进水温度低于85℃时，冷却水泵、冷却塔关闭，根据缸套水进水温度传感器控制V1的旁通量； 2）在缸套水进水温度高于85℃时，冷却水泵、冷却塔开启，冷却水泵定频率运行，根据缸套水进水温度传感器控制V1的旁通量。 3）当不需要利用余热时，缸套水散热全部通过板换由冷却塔带走，此时由水泵变频控制缸套水进水温度为85℃ V2、V3分别为缸套水供溴化锂机组低温发生器和卫生热水回路的二通电动阀，制冷时，V2开启，V3关闭，充分利用缸套水余热驱动溴化锂机组制冷；制热时，V3开启，V2关闭，通过板式换热器提供生活热水。 6 内燃机热电冷三联供技术经济评价 如表1、表2、表3、表4为重庆某商业综合区采用燃气内燃机热电冷三联供系统和常规方案（电制冷+燃气锅炉）经济性比较。 6.1部分基准参数： 1）天然气低位发热量：35200kJ/m3； 2）重庆市天然气价格（商业用气）：2.05元/ m3； 3）重庆市电价政策：尖峰电时段：19：00～21：00，价格：1.394元/kWh；高峰电时段：8：00～12：00，21：00～23:00，价格：1.230元/kWh；平电时段：7：00～8：00，12：00～19：00，价格：0.820元/kWh；低谷电时段：23：00～次日7：00，价格：0.410元/kWh； 4）夏季制冷期考虑120天，冬季供暖期考虑120天； 5）商业区使用时间为：9：00～21:00。 6.2技术经济评价 本方案采用差额比较法，即在满足热电冷负荷的前提下，热电冷联供系统和常规系统相比，比较增加的初投资及减少的运行费用。这种方法只用到电价、燃料价