微燃机分布式能源系统运行参数的测量研究

摘 要

以某微燃机分布式能源系统(DES)工程为例，建立了微燃机DES运行参数计算机辅助测试(CAT)系统。可有效测量微燃机DES各项运行参数，获取动态性能指标。
摘要：以某微燃机分布式能源系统(DES)工程为例，建立了微燃机DES运行参数计算机辅助测试(CAT)系统。可有效测量微燃机DES各项运行参数，获取动态性能指标。
关键词：微燃机；分布式能源系统；计算机辅助测试系统
Measurement of Operational Parameters of Microturbine-based Distributed Energy System
ZHANG Xuemei，QIN Chaokui，CHEN Zhigang，FANG 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
    国内目前建设的微燃机分布式能源系统(Distributed Energy System，简称DES)示范工程一般均采用传统的显示仪表进行数据读取，传统显示仪表功能单一，在进行运行参数采集时需多人相互协作完成，效率低且无法确保测量数据的实时性与准确性，大量数据分析与处理工作只能在采集结束后进行。通过构建可实现微燃机DES运行参数自动采集和记录的计算机辅助测试(Computer Aided Tesring，简称CAT)系统，可快速完成大容量、多类型的数据采集、显示和记录，并进行分析与处理，以便动态掌握微燃机DES的工作进程并进行实时监控。本文结合某微燃机DES工程，对微燃机DES的运行参数及动态性能指标的测量进行研究。
1 工程概况
    微燃机DES由微燃机发电机组、烟气补燃型溴化锂吸收式机组(以下简称溴化锂机组)、冷却塔等组成，见图1。天然气在微燃机燃烧室内燃烧，热能转换为高品位电能输出，烟气引入溴化锂机组，利用烟气余热生产冷水或热水。当烟气余热量不足以满足空调负荷或供暖负荷时，利用天然气补燃以提高溴化锂机组的制冷或制热能力。
    上海某微燃机DES示范工程，在设计工况下，微燃机发电机组的发电效率为26%，排烟温度为275℃。溴化锂机组在设计工况下，制冷能力为141kW，制热能力为134kW。冷却塔在设计工况下，冷却能力为322kW，风量为34800m3/h。
 

2 测量系统及CAT系统
2.1 测量对象及仪表
   CAT系统主要采集的数据包括：现场运行参数：温度、压力、流量等；通过微燃机监控系统获取的微燃机内部运行参数。
   现场运行参数包括：①天然气供气系统：微燃机发电机组燃气瞬时流量qg1，溴化锂机组补燃燃气瞬时流量qg2。②微燃机发电机组：微燃机发电机组进口空气温度ta1，出口烟气温度tf1，出口烟气动压pf1、出口烟气静压pf2。③溴化锂机组：冷热水供水温度tch1、回水温度tch2、流量qch。冷却水供水温度tco1、回水温度tco2，流量qch。烟气换热器出口的微燃机烟气温度tf2，烟气换热器出口的补燃烟气温度tf3。
   qg1、qg2以采用G16-FCM-IC-I2型腰轮流量计测量，测量相对误差范围为±1.5%。ta1、tch1、tch2、tco1、tco2采用WZPK-233型PT100热电阻测量，测量误差范围为±(0.15+0.002︱t︱)℃，t为测量温度，单位为℃。tf1、tf2、tf3采用WRNK-233型镍铬-镍硅热电偶测量，测量相对误差范围为±0.4%。qch、qco分别采用EMF8701型、EMF8301型电磁流量计测量，测量相对误差范围为±0.2%。pf1、pf2采用笛形管测量，测量相对误差范围为±0.25%，并分别配置WT2000DP2S22D3型、WT2O00GP3S22D3型微(差)压传感器。
    由微燃机监控系统提取的内部运行参数包括：微燃机发电机组发电量、微燃机转速、燃气增压机吸气温度、透平排气温度。
2.2 测量系统
   微燃机DES测量系统流程见图2。

   ① 天然气供气系统
   来自市政天然气管道的天然气经调压器调压后分成两路，一路先输送到储气罐，再经燃气增压机增压后，送入微燃机发电机组。另一路直接连接溴化锂机组。通过腰轮流量计自身携带的数据转换模块可获得燃气瞬时流量、累积流量、温度、压力，测量数据既可现场读取，又可远传。
   ② 微燃机发电机组
   测量pf1是为获得微燃机发电机组烟气流量qf1，qf1与tf1是确定微燃机发电机组烟气余热能力的关键参数，也是确定溴化锂机组制冷、制热能力的关键参数。测量pf2是为分析pf2对微燃机输出功率的影响[1]。pf1、pf2采用自行设计的笛形管，配以微(差)压传感器，实现数据远传功能。
   ③ 溴化锂机组
   在冷热水、冷却水进出口安装热电阻，并安装电磁流量计，在排烟口安装热电偶。
2.3 CAT系统
    CAT系统通过传感器和变送器将各测量值转换为数据采集设备可识别的电压或电流信号，并通过数据采集设备内置的A/D模块将电压或电流信号转换为数字信号输入计算机[2]。现场运行参数通过数据采集设备采集，微燃机监控系统通过自带的ModBus编译器实现数据采集。
    通过CAT系统可实现微燃机DES运行参数的实时显示和记录，还可对微燃机DES进行能量平衡分析，并计算出实时发电效率、制热效率、系统一次能源利用率等性能指标，并自动以采集时间命名微燃机DES运行日报表。
3 测量结果分析
    对CAT系统于2009年1月9日9：23至9：34自动采集并保存的微燃机DES部分运行参数进行研究。数据采样时间时隔为10s。
    测量时间段内qg1、qg2的测量结果见图3 pf1,pf2的测量结果见图4。上述运行参数均属一次运行参数，微燃机发电机组燃气化学热功率P1、溴化锂机组补燃燃气化学热功率P2、溴化锂机组制热量Φ等属于二次计算数据，这些二次计算数据由CAT系统计算输出，部分输出结果见图5。

    由图3～5可知，CAT系统可以可靠读取并记录保存一次运行数据和二次计算数据。由于安装在微燃机发电机组前的燃气增压机按燃气压力低于一定值启动，压力达到一定值停运的设定程序自动运行，因此受燃气增压机运行影响，qg1按一定规律变动，导致P1也按一定规律变化，可采用一定时段内的平均值作为参考。
4 结论
    通过CAT系统测试结果分析，测试时间段内所有一次运行参数和二次计算数据均能正常读取且工况稳定。通过CAT系统可掌握微燃机DES的工作进程并进行实时监控，自动保存获取的微燃机DES运行日报表为微燃机DES进一步开发、调试改造和优化控制提供原始资料。CAT系统可在今后类似不范工程中进行应用推广，为形成不同规模微燃机DES的运行数据数据库打下基础。
参考文献：
[1] 左远志，杨晓西，丁静.微型燃气轮机的生产厂商与性能影响因素[J].煤气与热力，2007，27(3)：76-79.
[2] 朱宏辉，佟力.基于虚拟仪器技术的CAT系统研究[J].计量与测试技术，2000(5)：34-36.
(本文作者：张雪梅1、2 秦朝葵1 陈志刚2 方建平3 1.同济大学暖通空调与燃气研究所 上海 201804；2.浙江工业大学能源与动力工程研究所 浙江杭州 310014；3.上海航天能源股份有限公司 上海 201201)