分布式能源站燃氣輪機余熱制冷進氣冷卻系統經濟性分析

阮慧鋒 王勇

摘 要：介紹了分布式能源系統中回收煙氣余熱制取熱源水，驅動熱水型溴化鋰制冷機組制取冷媒水，利用換熱設備降低燃機空氣進口溫度的進氣冷卻系統，同時對余熱制冷進氣冷卻系統的經濟性進行了分析，以期為燃氣輪機余熱制冷進氣冷卻系統的改造提供參考。

關鍵詞：燃氣分布式；余熱制冷；進氣冷卻；溴化鋰制冷

中圖分類號：TK473 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）20-0052-03

Abstract： This paper introduces an intake cooling system which recovers waste heat from flue gas to produce heat source water in distributed energy system， drives hot water lithium bromide refrigeration unit to produce coolant water， and uses heat exchange equipment to reduce air inlet temperature of gas turbine. At the same time， the economy of waste heat refrigeration intake cooling system is analyzed in order to provide reference for the retrofit of gas turbine waste heat refrigeration intake cooling system.

Keywords： gas distributed； waste heat refrigeration； intake cooling； lithium bromide refrigeration

引言

燃氣輪機作為一種高效率、低排放的動力裝置在燃氣分布式能源領域中廣泛應用，它具備結構緊湊、安裝容易、運行靈活等顯著特點，目前用于發電的燃氣輪機簡單循環效率一般在32%～40%之間，聯合循環效率最高可達到60%左右。[1]空氣溫度是影響燃氣輪機組運行溫度的重要因素，夏季高溫期機組的熱經濟性嚴重的下降，高溫現象在嚴重情況下還會導致一些安全事故的發生，不利于機組安全經濟運行。[2]余熱制冷進氣冷卻系統在高溫氣候環境下，通過降低入口空氣溫度，提高單位時間燃機吸入空氣質量流量，增加燃機出力，減小壓氣機出力，提高燃機效率，達到提高經濟性的目的。[3]本文對燃氣輪機組余熱制冷進氣冷卻系統進行分析介紹，結合工程實際來探討余熱制冷進氣冷卻系統的經濟性。

1 方案介紹

本系統利用余熱制冷設備，將燃機煙氣余熱轉化為冷媒水，并通過改造燃機進氣道，在燃機進氣道外增加進氣冷卻系統，由循環水泵將冷媒水輸送至燃機入口的換熱設備中，通過熱交換降低燃機進氣溫度，提升燃機發電功率和效率。

1.1 余熱狀況

能源站采用的燃氣輪機發電機組為美國普惠公司的FT8-3 Swift Pac雙聯機組。余熱熱源主要是余熱鍋爐尾部煙氣制取的熱媒水，余熱鍋爐尾部熱水加熱器把熱媒水從60℃加熱到90℃，本系統單套燃機能產生145t/h的熱媒水，部分作為能源站集控樓和辦公樓中央空調溴化鋰機組的熱源，另一部分用作進氣冷卻的溴化鋰機組熱源。

1.2 余熱制冷設備

本系統采用有3套熱水型溴化鋰吸收式冷水機組用于制造冷媒水。型號為雙良RXZ（90/70）-81DM型，額定工況下，制冷量810kW，冷水進口溫度12℃，出口溫度7℃，冷水流量140m3/h，冷卻水進口溫度32℃，冷卻水流量290 m3/h，熱水進口溫度90℃，出口溫度70℃，熱水耗量52000kg/h，冷水系統最高工作壓力0.8MPa，冷卻水系統最高工作壓力0.8MPa。

1.3 進氣冷卻設備

采用間接接觸式進氣冷卻技術，進氣冷卻系統主要由以下組成：

除塵設備：板式過濾器，攔截空氣中大顆粒污染物。

換熱設備：換熱器，用于冷凍水與燃機進氣熱交換，降低進氣溫度。

除水裝置：除水過濾器及擋水板，用于攔截空氣降溫后析出的凝結水。

供水裝置：循環水泵、進出水管道及電動控制閥門等設備，用于將適量的冷凍水輸送至換熱設備。

2 工程概算

工程概算的范圍包括改造各工藝系統，費用包括：設備購置費，建筑工程費，安裝工程費，勘察設計費等。

主設備價格：810kW溴化鋰機組設備價格為60萬元/套，進氣冷卻設備價格為300萬元/套。具體系統的工程概算見表1。

3 經濟性分析

系統采用溴化鋰機組制冷技術降低燃機入口空氣溫度，提高燃機在炎熱氣候下的出力，有效利用電廠可利用的資源，實現節能減排增收的目的。系統運行時，消耗156t/h的90℃熱水，能提供2430kW的冷量，可降低進氣溫度7.7℃。

進氣冷卻系統計劃投運時間為5月至10月，廣州地區5月至10月的平均環境溫度及改造后的進氣溫度如表2所示。

經濟性分析的邊界條件如下：電價：0.665元/kWh；氣價：2.21元/m3；

運行時間：5月至10月工作日全天24小時連續運行，周末僅兩臺溴化鋰機組。

進氣壓力損失功率計算：壓降為250Pa，每增加100Pa，功率降低0.13%。

利潤計算：改造后增加的發電收益-改造后耗氣量增加所增加的燃料成本。

進氣溫度與功率、進氣溫度與氣耗的關系如圖1和圖2所示。

根據上述計算的邊界條件及進氣溫度和功率氣耗的關系，余熱制冷進氣冷卻的經濟性計算如表3。

4 結束語

綜上所述，本方案的初投資為610萬元，可以使得燃機入口溫度降低約7.7℃，一個投運期6個月，可獲得127.68萬元，投資回收期約為4.7年。在夏季降低機組空氣入口溫度，可以提高機組出力，但隨著進口空氣溫度下降，機組出力增加，同時機組消耗的天然氣也會相應增加，若對于單純提高機組發電量而言，不考慮燃氣量及電網調度的限制，可以增加機組收益。

參考文獻：

[1]唐健，崔耀欣，張棟芳，等.燃氣輪機進氣冷卻系統介紹及經濟性分析[J].熱力透平，2014，43（04）：257-261.

[2]羅英.燃氣輪機進氣冷卻系統對機組經濟性的影響[J].低碳界，2017（05）：87-88.

[3]謝大幸.某大學城分布式能源站燃機應用溴化鋰制冷技術冷卻入口空氣的方案探討[J].發電與空調，2015，36（04）：5-8.