微型燃气轮机与氨吸收式制冷机联合循环实验研究

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摘 要：将微型燃气轮机与氨吸收式制冷机联合运行，研究在不同环境温度，微型燃气轮机功率和效率关系，发现二者联合运行综合效率可以提高9.7%-13.5%，这为能源系统的优化设计、调控策略提供数据支撑。
关键词：微型燃气轮机；氨吸收式；联合循环
中图分类号：TK47 文献标识码：A
1 概述
能源是国民经济的基础产业，对实现现代化具有重要的促进作用。当前，世界各国都把建立稳定可靠，安全经济的能源供应保障体系作为重要战略问题，中国是世界能源生产大国，一次能源生产居世界第三位，但人均能源占有量仅为世界平均值的40%左右。同时，我国能源利用率较低，目前仅为32%左右，与发到国家相比存在较大的差距。
在能源供应日益紧缺的今天，如何提高能源利用率已成为世界各国普遍关注的问题。冷热电联产是在热电联产的基础上发展起来的，它使燃料燃烧产生的高温热能通过燃气轮机发电，同时利用做过工的低品位的尾气向用户供冷或供冷，已达到提高能源综合利用率的效果。
本文以Capstone C30微型燃气轮机和12kW氨吸收式余热制冷机组为研究对象，拟研究其二者联合循环时，效率、余热量、制冷量随负荷的变化规律，探讨变工况时系统系能参数变化规律。
2 实验方案
将微型燃气轮机做功完后尾气通过管道驱动氨吸收式制冷机，其制冷循环包含发生、分离、冷凝、节流、蒸发、吸收六个过程，其循环过程是：Capstone微型燃气轮机发完电后，尾气温度在250-350℃左右，为制冷机发生器加热，产生的氨气液混合物经分离器分离后，收集高浓度的制冷剂蒸气，经过冷凝器凝结后，液体进入储液罐。制冷剂通过节流降压后进入蒸发器蒸发，蒸发的气体进入吸收器，被稀溶液吸收后成为浓溶液，再由溶液泵将浓溶液经溶液换热器与来自发生器的稀溶液换热后送入发生器再次加热，完成整个制冷循环（见图1）。
3 燃气轮机变工况性能特性
在不同环境温度下，通过测量微型燃气轮机输出功率、效率系数、排气温度、排气余热量，得到表1。
由图2可知，当环境温度由15℃逐渐升到30℃时，微型燃气轮机输出功率呈逐渐递减规律，在30℃时，输出功率更是降到额定功率的86%，只有25.8kW，而且，效率系数也随环境温度升高而降低，由15℃的26.0%降到30℃的24.4%，也就是说，环境温度对微型燃气轮机的输出功率和效率有着较大的影响。
4 氨吸收式制冷运转特性
在实际运行中，氨吸收式制冷机往往受到一些外界条件的影响。通常，热源温度决定了发生器内溶液蒸发时的最终温度。
当冷凝压力一定时，决定了系统中稀溶液的浓度，因而，在蒸发温度和冷却水温度已确定的情况下，蒸发压力和吸收器内溶液吸收终了温度均可确定，浓溶液浓度也成定值。
如果将热源温度升高，则发生终了的稀溶液浓度就会降低，循环倍率降低，溶液循环量减少，这是发生器和吸收器的热负荷会发生变化，先是降低，从而使得性能系数增大，但热源温度继续升高，则发生器和吸收器热负荷又会上升，性能系数下降，也就是说，存在一个最佳的发生温度。
同样，当冷却水的温度发生变化时，系统制冷循环也会变化：冷却水温度下降，则吸收终了溶液的温度也降低，浓溶液浓度上升，使放气范围增大，循环倍率降低。但此时所有发生器、冷凝器、吸收器的热负荷均有所下降，反而对制冷机工作有利。
5 联合循环运行特性
将微型燃气轮机和氨吸收式制冷剂联合循环，得到不同排气温度下，制冷剂进、出口温度变化情况。
由表2可知，随着微型燃气轮机排气温度的升高，在240℃-320℃的范围内，氨蒸汽出口温度先稳定，后快速下降，在290℃左右，出口温度直接降到0℃以下，到了320℃，更是降到只有-18℃。同时，采用联合循环比分开运行效率高出9.7%-13.5%，说明利用微型燃气轮机排气余热的联合系统对于提高有效能利用有有利的。
结语
采用微型燃气轮机与氨吸收式制冷剂联合运行可以提高整体能源利用效率，提高幅度在9.7%-13.5%之间，所获数据对于能源系统的优化设计、调控策略提供数据支撑。
参考文献
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