燃油消耗率是指微型燃气轮机在单位时间(以1h表示)内,发出有效功(以kW表示)所消耗的燃油量(以g表示),单位为g/(kW·h)。
微型燃气轮机发电机组通常以天然气、柴油或汽油为工作燃料,也可以使用下列燃料:
1)液化石油气。这是丙烷和丁烷混合物。
2)发酵气体。这是直接从气井出来的生天然气。
3)沼气。这是任何从有机物降化分解出的可燃废气,比如掩埋物废气、食物分解气体及动物腐烂气体。
4)工业废气。这是炼油厂、化工厂及钢铁厂等产品加工过程排放的气体。
5)人造气体。这通常是汽化或高温分解过程中产生的较低热量值气体。
图7-5 燃油消耗率与压缩比、涡轮机温度之间的关系
注:(www.daowen.com)
使用柴油作为燃料时,微型燃气轮机发电机组燃油消耗率较高,一般在360~420g/(kW·h),而柴油机只有230~260g/(kW·h),这是影响其经济性的重要因素。燃油消耗率受压缩比、回热器效率、涡轮机温度等多种因素综合影响。图7-5示出微型燃气轮机发电机组燃油消耗率与压缩比、涡轮机温度之间的关系。图7-6示出燃油消耗率与压缩比、回热器效率之间的关系。图7-7示出燃油消耗率与压缩比、压缩机效率之间的关系。
图7-6 燃油消耗率与压缩比、回热器效率之间的关系
图7-7 燃油消耗率与压缩比、压缩机效率之间的关系
从图7-5可以看出,当涡轮机温度达到1600℉、压缩比在3~4之间时,微型燃气轮机发电机组的消耗率在理论上为250g/(kW·h)。目前柴油发电机组在效率为45%时,燃油消耗率理论值为190g/(kW·h),但是由于设计和操作的关系,柴油发电机组的燃油消耗率仍达200~300 g/(kW·h)(相当于效率为35%~43%)。由图7-6可知,通过提高涡轮机进口温度,即提高回热器的效率,就可降低燃油消耗率;但这样会提高材料和散热的要求,并且会导致重量和成本的增加。
图7-6和图7-7的曲线表明了微型燃气轮发电机组的燃油消耗率与各个设计参数之间的关系。同样是压缩比3,但有回热器(效率为90%)的燃油消耗率仅为无回热器的一半,在回热器效率达90%、压缩比在3~4之间时,燃油消耗率最低,理论上不足250g/(kW·h),而在高压缩比的情况下,回热器的作用会明显缩小,这是因为高压缩比时空气的温度会上升,回热器不能有效地对空气进行预热。
对于单轴的微型燃气轮发电机组,应使涡轮机温度处于1600℉、压缩比为3-4之间并且回热器的效率应达到90%,这样才能使燃油消耗率变得相对较低。目前,微型燃气轮发电机组的燃油消耗率大约为400g/(kW·h)左右。实际上,人们所能接受微型燃气轮发电机组燃油消耗率为340g/(kW·h)左右(比柴油发电机组低5%~15%)。
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