[发明专利]燃气轮机与燃气内燃机的冷热电联供能源站系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及能源技术领域，特别是一种燃气轮机与燃气内燃机的冷热电联供能源站系统。

背景技术

冷热电联供系统是一项先进的清洁能源高效梯阶利用技术，是将供热（供暖和供热水）、制冷及发电于一体的分布式能源综合利用系统，是低碳城市和生态文明建设的关键技术之一，因此在世界范围内受到广泛重视。

目前在推广应用中系统的原动机通常采用燃气轮机或燃气内燃机，这两类机组，在发电效率、余热利用形式、工作条件、变工况特性、负荷响应速度，运营成本等方面各有不同。

1、在发电效率方面：燃气内燃机的一次能源发电效率高于燃气轮机，但对负荷的响应速度要比燃气轮机慢。

2、在余热利用方面：燃气轮机比燃气内燃机余热品位高，易于回收，便于利用，因此其余热回收利用效率和经济效益要高于燃气内燃机。

3、在一次能源利用率方面：燃气轮机和燃气内燃机的一次能源利用率在用户负荷的平均热电比为1.5-2.5时，两者一次能源利用率基本相同；当用户负荷的平均热电比低于这一范围时，燃气内燃机的节能性占优势，当用户负荷的平均热电比高于这一范围时，燃气轮机的节能性占优势。

4、大气环境影响情况：燃气内燃机受大气环境的影响较小，一般情况可以忽略，燃气轮机受大气环境影响较大，但通过进气的除湿冷却可以克服，甚至提高输出功率和效率。

5、变工况特性：燃气轮机的余热利用效率会随着负荷率的降低而降低，而燃气内燃机的余热利用效率随着负荷率的降低有上升趋势，当负荷上升时，燃气轮机响应速度快，而燃气内燃机响应速度较慢。

6、启动特性：燃气内燃机启动很快，启停对寿命无影响，燃气轮机启动相对较慢，中小型机组对寿命影响甚小，但重型机组启停对寿命有一定的影响。

在国内外针对燃气轮机或燃气内燃机的分布式冷热电联供系统的研究应用较多，两者之间的比较研究也不少，但两者之间的互补协同应用和燃气轮机与燃气内燃机的集成技术方案在国内外鲜见报道。燃气轮机和燃气内燃机这两种燃机通过能源梯阶利用的协同搭配，能使两者之间相互促进能源利用效率的提高和性能的优化。另外通过燃气轮机进气空气质量流量、燃气初温及喷入量的协调优化调控来实现燃气轮机燃烧室的传焰速度和传焰长度的调控在国内外鲜见报道。

发明内容

本发明为解决燃气轮机或燃气内燃机的冷热电联供能源站系统的不足，提出了一种燃气轮机与燃气内燃机的冷热电联供能源站系统。

1、燃气轮机和燃气内燃机在特性上存在差异，各自具有其优点和不足，且有互补性，本发明充分利用两种燃机在特性上具有较好的互补性的特点，首次提出燃气轮机与燃气内燃机的冷热电联供能源站系统，使冷热电联供能源站系统的性能得到优化。即将燃气轮机与燃气内燃机集成在一个冷热电联供能源站系统中，并互补形成联合循环。

2、首次提出燃气轮机和燃气内燃机的热力循环及能源梯阶利用流程，使能源品位对口梯阶利用更充分，能源利用效率和经济效益得到提高。

3、首次提出通过燃气轮机压气机进气除湿冷却与天然气初温控制相结合的办法来调控燃烧室的传焰速度与传焰长度，使燃气燃烧时充分释放热值，而又不使火焰传到透平，损坏透平，并且使燃气轮机的效率提高。