微燃機分布式能源系統(tǒng)運行參數(shù)的測量研究

摘 要

以某微燃機分布式能源系統(tǒng)(DES)工程為例，建立了微燃機DES運行參數(shù)計算機輔助測試(CAT)系統(tǒng)?？捎行y量微燃機DES各項運行參數(shù)，獲取動態(tài)性能指標。
摘要：以某微燃機分布式能源系統(tǒng)(DES)工程為例，建立了微燃機DES運行參數(shù)計算機輔助測試(CAT)系統(tǒng)?？捎行y量微燃機DES各項運行參數(shù)，獲取動態(tài)性能指標。
關(guān)鍵詞：微燃機；分布式能源系統(tǒng)；計算機輔助測試系統(tǒng)
Measurement of Operational Parameters of Microturbine-based Distributed Energy System
ZHANG Xuemei，QIN Chaokui，CHEN Zhigang，F(xiàn)ANG Jianping
Abstract：Taking a microturbine-based distributed energy system project as example，a computer aided testing system tor operational parameters of microturbine-based distributed energy system is established.The different operational parameters of microturbine-based distributed energy system call be effectively measured to achieve dynamic performance indexes.
Key words：microturbine；distributed energy system；computer aided testing system
    國內(nèi)目前建設(shè)的微燃機分布式能源系統(tǒng)(Distributed Energy System，簡稱DES)示范工程一般均采用傳統(tǒng)的顯示儀表進行數(shù)據(jù)讀取，傳統(tǒng)顯示儀表功能單一，在進行運行參數(shù)采集時需多人相互協(xié)作完成，效率低且無法確保測量數(shù)據(jù)的實時性與準確性，大量數(shù)據(jù)分析與處理工作只能在采集結(jié)束后進行。通過構(gòu)建可實現(xiàn)微燃機DES運行參數(shù)自動采集和記錄的計算機輔助測試(Computer Aided Tesring，簡稱CAT)系統(tǒng)，可快速完成大容量、多類型的數(shù)據(jù)采集、顯示和記錄，并進行分析與處理，以便動態(tài)掌握微燃機DES的工作進程并進行實時監(jiān)控。本文結(jié)合某微燃機DES工程，對微燃機DES的運行參數(shù)及動態(tài)性能指標的測量進行研究。
1 工程概況
    微燃機DES由微燃機發(fā)電機組、煙氣補燃型溴化鋰吸收式機組(以下簡稱溴化鋰機組)、冷卻塔等組成，見圖1。天然氣在微燃機燃燒室內(nèi)燃燒，熱能轉(zhuǎn)換為高品位電能輸出，煙氣引入溴化鋰機組，利用煙氣余熱生產(chǎn)冷水或熱水。當煙氣余熱量不足以滿足空調(diào)負荷或供暖負荷時，利用天然氣補燃以提高溴化鋰機組的制冷或制熱能力。
    上海某微燃機DES示范工程，在設(shè)計工況下，微燃機發(fā)電機組的發(fā)電效率為26%，排煙溫度為275℃。溴化鋰機組在設(shè)計工況下，制冷能力為141kW，制熱能力為134kW。冷卻塔在設(shè)計工況下，冷卻能力為322kW，風量為34800m3/h。
 

2 測量系統(tǒng)及CAT系統(tǒng)
2.1 測量對象及儀表
   CAT系統(tǒng)主要采集的數(shù)據(jù)包括：現(xiàn)場運行參數(shù)：溫度、壓力、流量等；通過微燃機監(jiān)控系統(tǒng)獲取的微燃機內(nèi)部運行參數(shù)。
   現(xiàn)場運行參數(shù)包括：①天然氣供氣系統(tǒng)：微燃機發(fā)電機組燃氣瞬時流量qg1，溴化鋰機組補燃燃氣瞬時流量qg2。②微燃機發(fā)電機組：微燃機發(fā)電機組進口空氣溫度ta1，出口煙氣溫度tf1，出口煙氣動壓pf1、出口煙氣靜壓pf2。③溴化鋰機組：冷熱水供水溫度tch1、回水溫度tch2、流量qch。冷卻水供水溫度tco1、回水溫度tco2，流量qch。煙氣換熱器出口的微燃機煙氣溫度tf2，煙氣換熱器出口的補燃煙氣溫度tf3。
   qg1、qg2以采用G16-FCM-IC-I2型腰輪流量計測量，測量相對誤差范圍為±1.5%。ta1、tch1、tch2、tco1、tco2采用WZPK-233型PT100熱電阻測量，測量誤差范圍為±(0.15+0.002︱t︱)℃，t為測量溫度，單位為℃。tf1、tf2、tf3采用WRNK-233型鎳鉻-鎳硅熱電偶測量，測量相對誤差范圍為±0.4%。qch、qco分別采用EMF8701型、EMF8301型電磁流量計測量，測量相對誤差范圍為±0.2%。pf1、pf2采用笛形管測量，測量相對誤差范圍為±0.25%，并分別配置WT2000DP2S22D3型、WT2O00GP3S22D3型微(差)壓傳感器。
    由微燃機監(jiān)控系統(tǒng)提取的內(nèi)部運行參數(shù)包括：微燃機發(fā)電機組發(fā)電量、微燃機轉(zhuǎn)速、燃氣增壓機吸氣溫度、透平排氣溫度。
2.2 測量系統(tǒng)
   微燃機DES測量系統(tǒng)流程見圖2。

   ① 天然氣供氣系統(tǒng)
   來自市政天然氣管道的天然氣經(jīng)調(diào)壓器調(diào)壓后分成兩路，一路先輸送到儲氣罐，再經(jīng)燃氣增壓機增壓后，送入微燃機發(fā)電機組。另一路直接連接溴化鋰機組。通過腰輪流量計自身攜帶的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊可獲得燃氣瞬時流量、累積流量、溫度、壓力，測量數(shù)據(jù)既可現(xiàn)場讀取，又可遠傳。
   ② 微燃機發(fā)電機組
   測量pf1是為獲得微燃機發(fā)電機組煙氣流量qf1，qf1與tf1是確定微燃機發(fā)電機組煙氣余熱能力的關(guān)鍵參數(shù)，也是確定溴化鋰機組制冷、制熱能力的關(guān)鍵參數(shù)。測量pf2是為分析pf2對微燃機輸出功率的影響[1]。pf1、pf2采用自行設(shè)計的笛形管，配以微(差)壓傳感器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳功能。
   ③ 溴化鋰機組
   在冷熱水、冷卻水進出口安裝熱電阻，并安裝電磁流量計，在排煙口安裝熱電偶。
2.3 CAT系統(tǒng)
    CAT系統(tǒng)通過傳感器和變送器將各測量值轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集設(shè)備可識別的電壓或電流信號，并通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備內(nèi)置的A/D模塊將電壓或電流信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入計算機[2]?，F(xiàn)場運行參數(shù)通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集，微燃機監(jiān)控系統(tǒng)通過自帶的ModBus編譯器實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。
    通過CAT系統(tǒng)可實現(xiàn)微燃機DES運行參數(shù)的實時顯示和記錄，還可對微燃機DES進行能量平衡分析，并計算出實時發(fā)電效率、制熱效率、系統(tǒng)一次能源利用率等性能指標，并自動以采集時間命名微燃機DES運行日報表。
3 測量結(jié)果分析
    對CAT系統(tǒng)于2009年1月9日9：23至9：34自動采集并保存的微燃機DES部分運行參數(shù)進行研究。數(shù)據(jù)采樣時間時隔為10s。
    測量時間段內(nèi)qg1、qg2的測量結(jié)果見圖3 pf1,pf2的測量結(jié)果見圖4。上述運行參數(shù)均屬一次運行參數(shù)，微燃機發(fā)電機組燃氣化學(xué)熱功率P1、溴化鋰機組補燃燃氣化學(xué)熱功率P2、溴化鋰機組制熱量Φ等屬于二次計算數(shù)據(jù)，這些二次計算數(shù)據(jù)由CAT系統(tǒng)計算輸出，部分輸出結(jié)果見圖5。

    由圖3～5可知，CAT系統(tǒng)可以可靠讀取并記錄保存一次運行數(shù)據(jù)和二次計算數(shù)據(jù)。由于安裝在微燃機發(fā)電機組前的燃氣增壓機按燃氣壓力低于一定值啟動，壓力達到一定值停運的設(shè)定程序自動運行，因此受燃氣增壓機運行影響，qg1按一定規(guī)律變動，導(dǎo)致P1也按一定規(guī)律變化，可采用一定時段內(nèi)的平均值作為參考。
4 結(jié)論
    通過CAT系統(tǒng)測試結(jié)果分析，測試時間段內(nèi)所有一次運行參數(shù)和二次計算數(shù)據(jù)均能正常讀取且工況穩(wěn)定。通過CAT系統(tǒng)可掌握微燃機DES的工作進程并進行實時監(jiān)控，自動保存獲取的微燃機DES運行日報表為微燃機DES進一步開發(fā)、調(diào)試改造和優(yōu)化控制提供原始資料。CAT系統(tǒng)可在今后類似不范工程中進行應(yīng)用推廣，為形成不同規(guī)模微燃機DES的運行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫打下基礎(chǔ)。
參考文獻：
[1] 左遠志，楊曉西，丁靜.微型燃氣輪機的生產(chǎn)廠商與性能影響因素[J].煤氣與熱力，2007，27(3)：76-79.
[2] 朱宏輝，佟力.基于虛擬儀器技術(shù)的CAT系統(tǒng)研究[J].計量與測試技術(shù)，2000(5)：34-36.
(本文作者：張雪梅1、2 秦朝葵1 陳志剛2 方建平3 1.同濟大學(xué)暖通空調(diào)與燃氣研究所 上海 201804；2.浙江工業(yè)大學(xué)能源與動力工程研究所 浙江杭州 310014；3.上海航天能源股份有限公司 上海 201201)