小型燃機分布式供能系統(tǒng)設(shè)計及經(jīng)濟效益探討

陳云峰 高帥

摘 ?要：作為當代工業(yè)較為普遍的分布式供熱系統(tǒng)，小型燃機分布式功能系統(tǒng)有著較好的環(huán)境效益和能源綜合利用率。因此，小型燃機分布式功能系統(tǒng)比傳統(tǒng)集中電站更容易被相關(guān)企業(yè)工廠運用。本文結(jié)合相關(guān)項目建設(shè)案例，針對小型燃機分布式功能系統(tǒng)進行設(shè)計分析，對其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和特征進行了一定闡述，希望能夠給相關(guān)領(lǐng)域的工業(yè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：工業(yè);小型燃機分布式功能系統(tǒng);建設(shè)案例;經(jīng)濟效益

中圖分類號：TU83 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）05-0155-03

Abstract：As a common distributed heating system in contemporary industry，the distributed function system of small gas turbine has better environmental benefits and comprehensive utilization of energy. Therefore，the small gas turbine distributed function system is easier to be used by relevant enterprises than the traditional centralized power plant. In this paper，combined with relevant project construction cases，the design and analysis of distributed function system for small gas turbine are carried out，and the economic benefits and characteristics of the system are expounded，hoping to provide reference for Industry in related fields.

Keywords：industry;distributed functional system of small gas engine;construction case;economic benefit

0 ?引 ?言

近年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)和能源開發(fā)，分布式功能系統(tǒng)被廣大企業(yè)和工廠運用。作為一種提高能源綜合利用率的設(shè)備，該功能系統(tǒng)借助天然氣、沼氣、焦爐煤氣等燃料系統(tǒng)，結(jié)合一些中小型發(fā)電機組，如燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組、微型燃機發(fā)電機組，與一些“余熱鍋爐”或換熱器配套使用。按照能源的階梯利用原理能夠綜合提升能源利用率，從而實現(xiàn)負荷中心周圍的綜合供應。本文結(jié)合某工廠廠區(qū)小型燃機分布式系統(tǒng)項目案例，分析其設(shè)計特征和經(jīng)濟性的優(yōu)勢。

1 ?分布式功能系統(tǒng)類型

按照相關(guān)分布式功能系統(tǒng)和電網(wǎng)的運行特征，可以分為“聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)”、“并網(wǎng)不上網(wǎng)”、“獨立無網(wǎng)”等類型。分析建筑類型可以將其分為“大型建設(shè)”、“公共建筑”、“獨立工廠”和“城區(qū)綜合”等系統(tǒng)。

2 ?相關(guān)小型燃機分布式項目實例分析

2.1 ?項目概況

A廠位于某市工業(yè)區(qū)，主要工作是汽車生產(chǎn)。該工廠常年用電量較高，且十分穩(wěn)定。有著穩(wěn)定的蒸汽負荷功能。在環(huán)境建設(shè)影響下，當代大力推進用“燃煤鍋爐”以及“清潔能源”代替整個工廠供能運行。對此，企業(yè)家和自身電力消耗以及蒸汽負荷建設(shè)的需求在保障一定燃氣供應的基礎(chǔ)上，通過方案分析和論證，最終采取小型燃汽輪機方案。

2.2 ?相關(guān)負荷分析

2.2.1 ?熱負荷分析

A廠內(nèi)部已經(jīng)建成8km總長的蒸汽聯(lián)合管道。現(xiàn)已連接內(nèi)部3個整車廠、發(fā)動機廠，形成了鍋爐房為主要供應中心，全區(qū)域聯(lián)網(wǎng)供汽的條件。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，該裝置運行和全面蒸汽負荷需求有關(guān)。在冬季時期，該設(shè)備運行為280噸/小時，而夏季需求較低，約為40噸/小時。其中每日周期穩(wěn)定在兩個小時左右，負荷程度為60噸/小時，用汽點壓力約在0.6Mpa。

2.2.2 ?電負荷分析

為了保障該工廠有穩(wěn)定的電力功能。該汽車工廠周邊建設(shè)兩路35KV的降壓站。每一個降壓站內(nèi)部設(shè)置多臺35KV/10KV變壓器，分別為二廠、三廠發(fā)動機供電。據(jù)分析，降壓變壓器負荷特征如下：

（1）季節(jié)差異。全面不同季節(jié)用電耗能差異較大，其中夏冬季節(jié)和春秋季節(jié)差異最為明顯;

（2）每日差異。每日用電能存在階梯特征。其中辦公時段耗電量達到峰值。通常17點后用電量下降到平均水平。凌晨1點到5點之間用電量開始下降，第二天開始循環(huán)用電，且每日用電量呈現(xiàn)波動性特征;

（3）用電設(shè)備分析。據(jù)統(tǒng)計分析，A廠發(fā)動機二廠的兩臺變壓器的電負荷在6012～14126KW之間，其中凌晨時段的電負荷主要集中于5950～8150KW之間，其余時段呈現(xiàn)波動特征，且均高于8000KW。對于三廠而言，三廠全年最低電負荷為1700KW，最高僅為9800KW，凌晨時段用電負荷均在3000～4200KW之間，其余時段不超出5000KW。以此分析，工廠店里進行規(guī)劃后，用電負荷會再次增加2000KW。

3 ?系統(tǒng)和工藝分析

3.1 ?系統(tǒng)燃機配置

經(jīng)過分析之后，A汽車生產(chǎn)廠的相關(guān)電力負荷和蒸汽負荷適合小型燃汽輪機發(fā)電機組。選取5500～6500KW之間的單機容量，一方面能夠保證機組發(fā)出的電力實現(xiàn)自發(fā)自用，另一方面能夠利用燃機使用后的余熱蒸汽，綜合提升能源的利用率，帶動項目的經(jīng)濟建設(shè)和降低對環(huán)境的影響。結(jié)合相關(guān)技術(shù)進行對比，其中有三項燃氣配置裝置作為備選，現(xiàn)將相關(guān)燃機技術(shù)參數(shù)對比分析如表1所示。

由表1可知，MGT620的燃機發(fā)電效率高，蒸汽產(chǎn)量大。同時，西門子SGT-200機型發(fā)電效率低，但是蒸汽產(chǎn)量大，而索拉T65燃機發(fā)電效率好，但是蒸汽產(chǎn)量相對少。經(jīng)過綜合對比分析，本項目案例設(shè)計選取了MAN的MGT620機組。

3.2 ?余熱鍋爐配置

本項目選取的是蘇州海陸重工生產(chǎn)的余熱鍋爐機，其中標識額定蒸發(fā)量為14.3t/h，額定蒸汽參數(shù)為1.3Mpa，為195℃余熱鍋爐。配置熱鍋爐和燃機設(shè)備數(shù)目一致。其中產(chǎn)生的蒸汽一并進入原有蒸汽管網(wǎng)，與原有設(shè)備一起運行，以滿足廠區(qū)峰值負荷需求。在進行鍋爐處理時，要注意設(shè)置相關(guān)煙氣旁路，以減少高溫煙氣排除時的安全隱患。

3.3 ?加壓系統(tǒng)

由于市政燃氣管網(wǎng)輸送廠區(qū)燃氣壓力為0.85Mpa，為保障整個燃氣系統(tǒng)的供應穩(wěn)固和完善，需要設(shè)置相關(guān)燃氣供應加壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)由穩(wěn)壓裝置、計量、監(jiān)測預警和保護系統(tǒng)裝置構(gòu)成，整個系統(tǒng)設(shè)置有四套加壓系統(tǒng)，其數(shù)目和燃機對應。

3.4 ?其他輔助系統(tǒng)

為了保證整個小型燃機分布式供能系統(tǒng)正常運行，本項目還設(shè)置了CCHP智能控制系統(tǒng)，安置了一套循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

3.5 ?相關(guān)工藝處理流程

經(jīng)過相關(guān)裝置設(shè)備運行設(shè)計后，該項目工藝處理流程如圖1所示。

4 ?小型燃機分布式供能系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)濟效益分析

4.1 ?功能系統(tǒng)投資設(shè)計估算

該項目設(shè)計改建需要購置以下設(shè)備：

（1）分布式供能站系統(tǒng);

（2）燃氣管網(wǎng)和室外蒸汽的配套設(shè)施;

（3）4臺發(fā)電機組;

（4）4臺蒸汽鍋爐和燃氣加壓器;

（5）CCHP智能系統(tǒng)及配套設(shè)施。綜合以上造價分析，小型燃機分布式供能系統(tǒng)總造價為2.55*104萬元。

4.2 ?能源消耗投資

4.2.1 ?燃氣

根據(jù)當?shù)厝細鈨r格，其中相關(guān)價格單價和價格用量如表2所示。

4.2.2 ?用電

當代實行時電價方式，其中35KV作為中間值，平均用電、峰值價格為0.95元/千瓦時;非夏季時段為0.90千瓦/小時，當超出規(guī)定值范圍時，夏季時段為0.72元/千瓦時，非夏季時段為0.70元/千瓦時。

4.2.3 ?蒸汽價格

根據(jù)工廠建設(shè)分析，工廠使用的聯(lián)網(wǎng)蒸汽價格為355元/噸。

4.4 ?相關(guān)經(jīng)濟效益分析

根據(jù)用電量、相關(guān)蒸汽使用量，以及方案經(jīng)濟效益進行分析，該項目適用于電價峰、平時間段運行，相關(guān)分布式功能系統(tǒng)經(jīng)濟效益分析如表3所示。

通過以上分析可知，本小型燃機分布式供能系統(tǒng)設(shè)計收益值為7385.66萬元，估計理論靜態(tài)投資回收期在3.54a左右。

4.5 ?相關(guān)環(huán)境效益和資金補貼分析

本次項目采用的主要能源是天然氣，其產(chǎn)生的環(huán)境污染比其他燃料要小，且能減少大氣中含硫物和含氮物的影響，降低粉塵污染，該項目對社會環(huán)境有良性影響。除此之外，該項目的運行很大程度是依靠工業(yè)推動和技術(shù)創(chuàng)新。因此，結(jié)合國家相關(guān)政策，本項目建設(shè)能獲得一定的政府資金補貼。

5 ?結(jié) ?論

綜上所述，本項目設(shè)計遵循了相關(guān)能源綜合利用和梯度使用原則，該技術(shù)在發(fā)電特征和供熱原理基礎(chǔ)上，還全面綜合地考慮了能源使用和生產(chǎn)耗能的現(xiàn)狀，對優(yōu)化系統(tǒng)配置和運行發(fā)揮了重要作用。本文結(jié)合A廠相關(guān)案例對小型燃機分布式供能系統(tǒng)進行了分析，并探究了其經(jīng)濟效益和使用可行性，并在最后結(jié)合小型燃機分布式功能系統(tǒng)設(shè)計使用特征，對其作出了經(jīng)濟效益分析，這為提升公司運行效益和工業(yè)環(huán)境建設(shè)提供了良好的示范。希望未來能有更多的類似企業(yè)將小型燃機分布式供能系統(tǒng)投入生產(chǎn)使用，為企業(yè)建設(shè)和我國工業(yè)經(jīng)濟創(chuàng)造更多收益。

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作者簡介：陳云峰（1980-），男，漢族，內(nèi)蒙古人，副總經(jīng)理，工程師，學士，研究方向：清潔發(fā)電及新能源。