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1、车载式热电联供系统初步设计方案1.系统功能及其特点功能：本系统是一种快速机动型可完成独立供电、供热水的系统。特点：它的最大特点是快速机动性和独立性。它不但可以快速发电，而且发电的品质非常高。在发电的同时又可以提供热水。它可以保障野营或者野外作业时用电和用水的要求，该系统具有体积小、低噪声、低振动、综合效率高、可靠性高、维护周期长、寿命长等优点。车载式热电联供系统采用半密封箱体结构，具有防雨、防雪、防尘功能。它使用方便，可保证全天候工作。2.系统组成系统主要由国际上最先进的微型燃气机和高效换热器及附属的配件组成。主要部件如下：l 拖车：承载热电联供系统；l 车厢：半密封式车厢，用于保护设备，适应
2、恶劣环境要求；l 微型燃气发电机组：热电联供系统的核心部件；l 燃油箱：为整个动力提供燃料；l 控制操作柜：完成控制、热交换控制、通风控制、通讯等；l 输出配电系统：为用户提供输出的电力接口；l 热交换系统：包括给水系统、冷水进口、热交换、热输出口；l 通风装置：为车箱提供通风和冷却；l 消音装置：加装消声器，使噪音更低；3.系统工作原理微燃机：微燃机发电机组是一种多项核心技术集成的高科技术产品，主要由（1）径流式叶轮机械，即离心式压气机和向心式涡轮组成；（2）单筒形高温、高压、低排放燃烧室；（3）回热器；（4）空气轴承；（5）高速发电机；（6）变逆系统等部分组成。其工作原理是：空气经压气机压
3、缩进入燃烧室，与喷入燃烧室内的燃料混合，由点火器点火燃烧，产生高温、高压燃气驱动涡轮旋转，带动高速发电机做功。该机组供气、供油、冷却、供电均由一套高度自动化的管理系统进行运行管理，即人工发出起动指令后，系统首先对起动所需要条件进行自检和准备，然后起动机组并自动送出电能，当负载发生变化时，机组将自动增、减进油量，调整转速，可达到瞬态跟踪负载的目的。该型机组由于其特殊的燃烧和工作方式，使其做到了体积小、重量轻、低温起动能量和负载能力强、低噪音、使用寿命长。其主要技术指标为：功率一般在030KW 之间，转速50，000100，000r/min,发电效率24%28%之间，噪声65dB（A）（l0m处）
4、，废气排放NOx为130mg/m左右，维护间隔时间8000h以上，大修期40000h以上。燃料消耗率300g/KW h左右。换热器：采用锅炉单通道轧片式翘片管烟气换热器。该换热器具有换热效率高，工作可靠，使用寿命长等特点。为不影响发电机的工作效率，在换热器出口装有烟气风机，换热器芯体示意如图一所示：图一：换热器示意图换热器参数：项目单位相关参数额定换热量KW51.9管内介质水额定流量M/h0.82最大工作温度90接口管径进、出DN30管外介质烟气额定流量M/h1000最大工作温度300接口管径进口DN200出口DN300底座固定螺钉4-M12外形尺寸长宽高（mm）950550250重量Kg76
5、换热器设计方案：设计思路：该余热吸收装置采用锅炉单通道热交换器，高温（2800C）烟气流经热交换器后温度变为1200C，储水箱内冷水温度按100C计算，可设定上限温度为600C，烟气流量为1217m3/min(取15m3/min)，水流量为820L/h计算方法：烟气热负荷为：q=c1m1t1=1.004(15/60) 1.293(280-120)=51.9Kw可加热水温为t2，由q=c2m2t2=14.18（820/3600）（t2-10）得：t2600C对流换热公式：q=KFtlm中，可查：K=33W/m2K(设计管径=30mm)tlm= (t1 -t1)-(t2- t2)/ ln(t1 -
6、t1)/ (t2- t2) = (280 -10)-(120- 60)/ ln(280 -10)/ (120- 60) =1400C代入上式可得：F=11m2该热水器为容积式热水器，由经验值可得F1=F（0.43/0.56）=8.45m2所用热交换器单个换热面积为1.45 m2，可求得需热交换器的个数为： n=8.45/1.455.8=6个考虑到结构及换热效果等综合因素，暂定热交换器按照2层、每层3个来排布。4.系统运行说明首先是燃气轮机电池组（经过变换）给发电机提供电力，带动燃气轮机旋转，点火成功后开始向外输出电力。整个系统在这个控制柜系统的控制下，在发电机组稳定后，开始控制配电盘输出，向外
7、提供电力，如果只需要供电，不需要供暖或供热水，控制柜将输出信号，将风阀打开，排放的烟气通过烟道直排出去。如果有热水的需求在控制柜打开热交换器的风阀，然后关闭直排的风阀。外部水路管线接好，水从这个热交换器出来进入热水储水罐，热水储水罐内水温可达到60，热水经混水阀后可以供洗澡或者做其它用途。4.1 控制原理如下：带余热的烟气从HS2口回收。SV为烟气换路器。当热水需要加热时，控制柜发出烟气换路信号，换路阀SV开始工作。高温烟气从旁通管进入换热器HE与水进行热交换，经放热后从换热器HE出来的低温烟气进入强制排烟系统FAN，强制排烟系统FAN产生一定的负压，加速烟气排放。换路阀SV换路以后，使水泵开
8、始工作，将热水储水罐WT中的水输送到烟气换热器中，对水加热，热水在换热器与热水储水罐之间循环，烟气的热能以水温升高的方式被储存下来 。当热水储水罐中的水温度为602时，水泵停止工作，换路阀SV将烟气直接排向大气。热水储水罐WT采用内外双胆中间充入绝热材料，对水保温。当水温度降低至40时，热水泵重新工作，热水循环被加热，换路阀SV又将烟气切换到换热器中来进行换热。当热水储水罐WT中的水位低于设定值时，系统将发出指令要求充入冷水以达要求。用户需要热水时，打开DW3热水阀，热水泵开始工作，热水通过混水器使冷、热水混合达到用户对水温的要求。图中DW4为排水阀；DW2为自来水进水阀；DW3为热水阀；CG
9、为下限水位开关；THM2为冷烟气温控开关；THM3为热烟气温控开关；DW1为烟道换路机构；EV1、EV2和WK1、WK2分别为换路电磁阀和位置开关；THM1为体胀调温器；DW5为混水阀。4.2 控制方案A：4.2.1 A方案特点：使用传统的工业分立电气布局，具备一定的自动化程度，结构简单，易于野外快速保障维护。4.2.2 A方案控制原理图：4.3 控制方案B：4.3.1 B方案特点：使用微电脑控制，工业电气板卡模块化布局，具备自动化程度，结构复杂，系统控制流程能升级，野外保障维护困难，容易受电磁环境影响。使用操作方便。4.3.2 B方案控制布局图：4.3.4 B方案控制流程：在控制柜处的通讯端
10、口监测整个燃气轮机的工作状况，同时还监测其它系统的运行。按用户要求确定A或者B方案。5.拖车式热电联供的主要参数a) 输出功率： 272KW b) 输出电压： 380Vc) 输出频率： 50Hzd) 输出相数： 三相四线制e) 使用环境： -20+50f) 最大移动速度： 90Km/hg) 最高使用海拔： 4000m（但是要进行相应的功率计算）h) 热水温度： 60 2i) 热水流速： 820L/h 6.微型燃气轮机系统的主要优点l 高可靠的运行，无人值守的运行；l 连续长时间运行，中间无需要任何保养可以连续工作4000h以上；l 高寿命设计40000h寿命（主要核心部件）；l 工作时没有任何
11、振动；l 低温起动性能好一般2min启动完成；l 噪音小，没有柴油机的低频噪声，离机体10m处不大于65dB（A）；l 环保，尾气达到欧洲V标准，尾气可以进行热电联产；l 由于重量较轻所以非常适合分布式发电，以及做移动电站；l 综合利用效率较高。7.其它应用方向和应用对象应用方向：非常适合做移动电站，整机质量非常轻，电品质的参数非常的好，具有快速的对外供电能力，加上良好的越野性能，可以保证快速的到达任何地方，提供电力。应用对象：抢险救灾、执行野外作业任务、勘探、为大型的露天活动提供电力，同时还可以提供生活热水，改善野外条件，以及执行其它特勤任务并可以处理任何突发事件。8.试验执行标准车载式热电
12、联供系统发电测试按以下标准进行：GJB235A97 交流移动电站通用技术条件；GJB148896军用移动电站通用试验方法9.开机步骤1) 检查油箱油位符合要求；2) 利用燃气轮机自带的display-panel控制面板进行自检；3) 自检合格后，按下启动按钮；4) 当面板上的发电指示灯亮时，即可接通负载；5) 如需要进一步了解发电的参数时，按提供的操作说明进行操作。附录I C30微型燃气轮机1.微型燃气轮机的结构微型燃气轮机是拖车式热电联供的核心部件。发电机组由美国Capstone公司生产。微型燃气轮机内部结构剖面图如图1所示。图1 微型燃气轮机内部结构剖面图Capstone公司生产的微型燃气
13、轮机的主要组成部分包括：发电机、离心式压缩机、透平、回热器、燃烧室、空气轴承、数字式电能控制器（将高频电换为并联电网频率50/60Hz,提供控制、保护和通讯）。这种微型燃气轮机的独特设计之处在于它的压缩机和发电机安装在一根传动轴上，该轴由空气轴承支撑，在一层很薄的空气膜上以96000r/min转速旋转。这是整个装置中唯一的转动部分，它完全不需要齿轮箱、油泵、散热器和其他附属设备。2.微型燃气轮机采用的几项关键技术1) 空气轴承：空气轴承支撑着整个系统中唯一的传动轴。它不需要任何润滑，从而节约了维修成本，避免了由润滑不当产生的过热的问题，提高了系统的可靠性。它可使微型轮气燃机以最大输出功率每天2
14、4h全年连续运行。2) 燃烧系统技术：已取得专利的燃烧系统设计使其成为最清洁的化石燃料系统，不需进行燃烧后的污染控制。3) 数字式电能控制器：将电力电子技术与高级数字控制相结合实现了多功能，如调解发电机电功率、实现多个燃气轮机组控制、调节不同相之间的功率平衡、允许远程调试和调度、快速削减出力、切换并网运行模式和独立运行模式。数字式电能控制监视器可监视多大200个变量，它可控制发电机转速、燃烧温度、燃料流动速度等变量，所有操作可在一套界面友好的软件系统上进行。3.微型燃气轮机优点微型燃气轮机与常规发电装置相比具有如下优点：1) 环保。微型燃气轮机的废气排放少，使用天然气或者丙烷燃料满负荷运行时，
15、排放的体积数NOx小于910-6；使用柴油或者煤油燃料满负荷运行时，排放的体积分数NOx小于3510-6；采用油井气做测试，排放的体积分数NOx小于110-6。其他采用天然气作为燃料的往复式发电机产生的NOx比微型燃气轮机多10100倍，柴油发电机产生的NOx是微型燃气轮机的数百倍。2) 维护少。微型燃气轮机采用独特的空气轴承技术，系统内部不需要任何润滑，节省了日常维护。每年的计划检修仅是在全年满负荷运行后更换空气过滤网。3) 效率高。微型燃气轮机发电效率可达30%，联合发电机和供热后，整个系统能源利用率将大幅度提高。4) 独立发电和并网。微型燃气轮机可并联在电网上进行，也可独立运行，并可在两种模式间自动切换运行。由软件系统控制两种运行模式之间的自动切换。5) 适用于多种燃料。微型燃气轮机适
