某天然氣分布式能源站進氣制冷改造

連航 上海華電福新能源有限公司

“冷熱電”三聯供分布式能源系統是直接面向用戶，按用戶需求就地生產并供應能量的中小型能量轉換利用系統。同時，采天然氣做燃料源、能源的梯級合理利用可以降低地區污染物排放總量和強度。隨著支持政策的陸續頒布，分布式能源正在成為我國實現節能降耗的重要方式。根據相關規劃，到2020年底，全國將建成天然氣分布式能源項目147個，裝機容量將達到1654萬千瓦。

但內燃機作為“冷熱電”三聯供的核心，其性能和環境溫度密切相關。并且目前我國有不少以燃機發電設備集中在長三角和珠三角[1]，兩地夏季平均溫度較高。因此未來分布式能源系統要在我國各地高效發展，必須保證內燃機在極端天氣下的性能。

一、系統概況與參數

某天然氣分布式能源站，配有6臺4.4MW級燃氣內燃機發電機組，采用一拖一方式相應裝設6臺吸收式煙氣熱水型溴化鋰冷熱水機組，構成冷、熱、電三聯供的分布式能源供能系統。能源站采用“以冷熱定電、自發自用、余電上網”的運行模式。

內燃機運行產生95℃缸套水與360℃煙氣進入溴化鋰機組；溴化鋰機組制冷狀態下額定進口溫度為15℃，額定出口溫度為6.3℃。

二、進排風系統介紹

該能源站每臺內燃機隔音小室由4臺軸流風機進風系統組成，進風量為128000m3/h，排風量為105000m3/h。內燃機房墻外排風口與進風口處于同一垂直平面，高度差約為3.5米。由于空間限制，排風管無法做延伸處理，實際運行過程中存在內燃機排風與進風短路問題，一部分排除的熱風直接被進風口吸入，導致進風口溫度高于環境溫度。

三、進氣溫度對內燃機的影響

當機組進氣溫度上升時，會使進氣密度下降，燃機功率隨之下降[2]。摘取該天然氣分布式能源站2017年實際運行數據可以發現，當環境氣溫高于32℃時，內燃機進氣溫度將高于40℃。由于該能源站內燃機系統邏輯設置，當內燃機進氣溫度將高于40℃時，進風溫度每上升1℃時，機組自動降低2%發電負荷。

由進氣溫度超限導致的自動將功率降低了能源利用率，影響能源站經濟效益。

四、燃機進氣制冷改造

（一）目標制定

通過上述分析，想要解決高溫天氣下內燃機降負荷的問題，必須降低內燃機進氣溫度。

結合實際情況，該能源站計劃加裝進氣冷卻裝置對內燃機進風降溫，使內燃機進氣達到設計溫度[3]。冷卻裝置主機采用臥式制冷空調，安裝在燃機隔音罩進風口前，采用新風工況運行。為了不讓制冷空調影響內燃機的進氣量，制冷空調機組出風口與內燃機進風口之間留有40cm空間，使得內燃機進氣50%經空調冷卻，另外50%就地進風。

選擇制冷裝置主機參數時，應保證大部分高溫天氣下機組能達到滿負荷要求，不考慮極端高溫天氣下的小部分降處理情況。

查閱該地區氣象資料，單月平均高溫最高為34℃，極端高溫為37℃，因此設定目標是保證環境溫度35℃時內燃機進氣溫度低于39℃。

（二）冷負荷計算

由現場實測及查閱焓濕圖后計算得空調進風口與出風口空氣焓差Δh=100.5-92.13=8.37kj/kg。空氣密度ρ取1.2kg/m3，進風量 v取64000m3/h，由 Q=ρ×Δh×v可得冷負荷為178.56KW，考慮20%安全系數后，冷負荷需求為214.27KW。

（三）設備參數及系統工藝流程確定

為了不影響供能，計劃從溴化鋰回水母管引入設計溫度為15℃的冷凍水作為空調進水，設計出水溫度為20℃。

根據上述數據，結合市場上已有的制冷裝置型號，確定選用制冷裝置主機參數如下：

制冷功率：215Kw；進風口溫度：43℃；出風口溫度：35℃；冷凍水進水溫度：15℃；冷凍水出水溫度20℃；主機風量：64000m3/h。

由Q=cmΔT得設計流量為34.36t/h，考慮20%安全系數后得六臺內燃機需要冷凍水流量為247.39t/h。

由于該能源站以熱定電，發電負荷較多變，因此計劃用兩臺水泵提供流量，當運行三臺及以下內燃機時啟動一臺水泵即可，單臺水泵設計流量為125t/h。

五、改造結果及結論

改造項目于2018年底完成，2019年夏季最高氣溫37℃，當日4臺內燃機運行，開啟兩臺水空調泵對燃機進氣進行冷卻后，內燃機進氣溫度最高為39.8℃。整個夏季未出現因為進氣溫度超限而降負荷對現象，符合改造前制定的目標。

利用溴化鋰回水對內燃機進氣制冷，保障了內燃機高溫天氣滿負荷運行，增加了經濟效益。