基于燃?xì)夥植际綗犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)的工程應(yīng)用研究

摘要：結(jié)合某企業(yè)分布式能源項(xiàng)目，通過電力和蒸汽負(fù)荷分析，給出內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)兩種分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的工藝方案，并從負(fù)荷平衡分析角度評(píng)價(jià)兩種方案的技術(shù)可行性，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行項(xiàng)目投資和增量效益分析，為項(xiàng)目決策提供參考依據(jù)和建議，燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)方案的確定提供設(shè)計(jì)參考經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)夥植际綗犭娐?lián)產(chǎn);內(nèi)燃機(jī);燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán);綜合熱效率

1 引言

燃?xì)夥植际较到y(tǒng)也叫燃?xì)饫錈犭娐?lián)供，是指以天然氣為主要燃料帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)、微燃機(jī)或內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)等燃?xì)獍l(fā)電設(shè)備運(yùn)行，產(chǎn)生的電力供應(yīng)用戶的電力需求，系統(tǒng)發(fā)電后排出的余熱通過余熱回收利用設(shè)備（余熱鍋爐或者余熱直燃機(jī)等）向用戶供熱、供冷。通過這種方式大大提高整個(gè)系統(tǒng)的一次能源利用率，實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用，還可以提供并網(wǎng)電力作能源互補(bǔ)，整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)收益及效率均相應(yīng)增加。

本文結(jié)合某企業(yè)分布式能源項(xiàng)目的設(shè)置情況，從燃?xì)廨啓C(jī)和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)分布式熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為例，通過多角度對(duì)比分析，為燃?xì)夥植际侥茉聪到y(tǒng)方案的確定提供設(shè)計(jì)參考經(jīng)驗(yàn)。

一、???????? 項(xiàng)目概述

某企業(yè)年蒸汽消耗量30 萬t/年，用戶端使用蒸汽為0.8Mpa 飽和蒸汽，由于工藝線啟停，蒸汽負(fù)荷用量每天實(shí)時(shí)波動(dòng)性較大（最小值20t/h，最大值55t/h，平均40t/h 左右）。

規(guī)劃建設(shè)天然氣分布式能源熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)出電力及蒸汽均在廠區(qū)內(nèi)部消納，年運(yùn)行小時(shí)可以達(dá)到7500小時(shí)。

某企業(yè)工藝過程需要消耗-35℃冷凍鹽水和5℃的冷凍水兩種冷量，目前已經(jīng)配備有冷凍站滿足冷量需求，改項(xiàng)目?jī)H考慮熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

改項(xiàng)目所采用的分布式能源系統(tǒng)采用天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)的系統(tǒng)形式，即內(nèi)燃機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電產(chǎn)生高溫余熱，并由余熱鍋爐回收產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，高壓蒸汽可以用來發(fā)電變成低品位背壓排汽后供企業(yè)用汽，也可發(fā)電的同時(shí)抽取部分蒸汽供企業(yè)用汽，內(nèi)燃機(jī)的缸套水和中冷水作為低溫余熱可用于補(bǔ)水預(yù)熱或?qū)ν夤?yīng)生活熱水，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，能量品位和用能需求對(duì)等，提高系統(tǒng)的綜合能源利用效率。

2 負(fù)荷分析

2.1電力

該化工企業(yè)是耗電大戶，一年耗電量約5 億度電，熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目發(fā)電量可自主消納。

2.2蒸汽負(fù)荷

企業(yè)年蒸汽消耗量30 萬t/年，用戶端使用蒸汽為0.8Mpa 飽和蒸汽，由于工藝線啟停，蒸汽負(fù)荷用量每天實(shí)時(shí)波動(dòng)性較大（最小值20t/h，最大值55t/h，平均40t/h 左右）。

3 工藝路線

影響冷熱源方案決策的因素很多，要選擇一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，需要考慮各種影響因素。根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，從系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保節(jié)能性和系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面進(jìn)行方案比選。

根據(jù)能源系統(tǒng)的供應(yīng)方式及布置方式，主要有以下兩種方案。

（1）?????? 方案一

內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)+余熱鍋爐+燃?xì)庹羝仩t，主要能源形式市電+燃?xì)狻?/p>

本方案將內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組、余熱鍋爐、燃?xì)庹羝仩t集中布置在能源站，燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組與余熱蒸汽鍋爐對(duì)接。內(nèi)燃機(jī)高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱蒸汽鍋爐，作為余熱鍋爐的熱源，產(chǎn)生蒸汽供企業(yè)用汽，內(nèi)燃機(jī)承擔(dān)基礎(chǔ)蒸汽負(fù)荷15t/h，欠負(fù)荷運(yùn)行，保證內(nèi)燃機(jī)滿發(fā)高效運(yùn)行，余熱鍋爐產(chǎn)蒸汽不足部分，由燃?xì)庹羝仩t補(bǔ)充供應(yīng)。

由于企業(yè)及周圍暫時(shí)無熱水負(fù)荷，本方案將內(nèi)燃機(jī)缸套水（94℃/74℃）和中冷水（80℃/70℃）分別送入板式換熱器，對(duì)燃?xì)庹羝仩t的補(bǔ)水進(jìn)行梯級(jí)加熱，將鍋爐補(bǔ)水由20℃加熱至75℃左右，減小鍋爐的燃?xì)夂牧俊?/p>

能源站優(yōu)先使用自發(fā)電，其次使用市電。發(fā)電總裝機(jī)3×9521kW，蒸汽裝機(jī)3×5.2t/h余熱蒸汽鍋爐+2×25t/h燃?xì)庹羝仩t。

（2）方案二

方案二：燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)+余熱鍋爐+抽凝式汽輪機(jī)+背壓式汽輪機(jī)+燃?xì)庹羝仩t，主要能源形式市電+燃?xì)?集中設(shè)置在能源站。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組與余熱蒸汽鍋爐對(duì)接。燃?xì)廨啓C(jī)高溫?zé)煔膺M(jìn)入余熱蒸汽鍋爐，作為余熱鍋爐的熱源，產(chǎn)生的主蒸汽供背壓式汽輪機(jī)組膨脹做功發(fā)電，背壓式汽輪機(jī)組的背壓蒸汽供企業(yè)用汽，背壓蒸汽承擔(dān)企業(yè)的基礎(chǔ)蒸汽負(fù)荷15t/h，欠負(fù)荷運(yùn)行，保證燃?xì)廨啓C(jī)滿發(fā)高效運(yùn)行;另外，考慮到企業(yè)日蒸汽負(fù)荷的波動(dòng)性較大，配置兩臺(tái)抽凝式汽輪機(jī)組以適應(yīng)負(fù)荷的變化的需要。

燃?xì)廨啓C(jī)和背壓式汽輪機(jī)組、抽凝式汽輪機(jī)組之間均采用“一拖一”配置方式，燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組所產(chǎn)蒸汽不足部分，由燃?xì)庹羝仩t補(bǔ)充供應(yīng)。

能源站優(yōu)先使用自發(fā)電，其次使用市電。發(fā)電總裝機(jī)3×7200kW（燃?xì)廨啓C(jī)）+1×2480kW（背壓機(jī)組）+抽凝機(jī)組，蒸汽裝機(jī)3×15t/h余熱蒸汽鍋爐+2×10t/h燃?xì)庹羝仩t。

（3）現(xiàn)有供熱形式：燃煤鍋爐，主要能源形式市電+燃煤。

4 負(fù)荷平衡分析

用能單位的熱負(fù)荷需求如下：

最大55t/h，最小20t/h，平均40t/h。供熱參數(shù)為0.8Mpa，170.41℃。

下面分別對(duì)內(nèi)燃機(jī)方案和燃?xì)廨啓C(jī)方案的負(fù)荷平衡情況進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

內(nèi)燃機(jī)方案

能源站正常運(yùn)行時(shí)，余熱鍋爐產(chǎn)汽量15.6t/h，燃?xì)庹羝仩t的產(chǎn)汽量50t/h，考

慮10%的自耗汽后，能源站總的產(chǎn)汽量60.6t/h，可滿足最大熱負(fù)荷和平均熱負(fù)荷的需求。

事故及檢修工況時(shí)，當(dāng)其中一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)放生故障，剩余機(jī)組仍然可以滿足最大負(fù)荷需求。三臺(tái)內(nèi)燃機(jī)同時(shí)發(fā)生故障是小概率事件，即使只有燃?xì)庹羝仩t可用，也可以滿足最低20t/h的熱負(fù)荷需求。

（2）燃?xì)廨啓C(jī)方案

能源站正常運(yùn)行時(shí)，背壓式汽輪機(jī)組產(chǎn)汽量15t/h，抽凝式汽輪機(jī)組最大抽氣量

22.5t/h，燃?xì)庹羝仩t的產(chǎn)汽量20t/h，考慮10%的自耗汽后，能源站總的產(chǎn)汽量55.5t/h，可滿足最大熱負(fù)荷和平均熱負(fù)荷的需求。

事故及檢修工況時(shí)，當(dāng)背壓機(jī)組發(fā)生故障，抽凝式機(jī)組和燃?xì)忮仩t的產(chǎn)汽量可滿足平均熱負(fù)荷的要求，3臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)同時(shí)發(fā)生故障是小概率事件，即使只有燃?xì)庹羝仩t可用，也可以滿足最低20t/h的熱負(fù)荷需求。

綜合上述分析，內(nèi)燃機(jī)方案和燃?xì)廨啓C(jī)方案均可基本滿足用能需求，在滿足供熱可靠性的同時(shí)，也能滿足靈活調(diào)節(jié)的需要。

5 對(duì)比分析

以采用市電和現(xiàn)有燃煤蒸汽鍋爐供電、供熱的基本方案為對(duì)比方案，對(duì)內(nèi)燃機(jī)方案和燃?xì)廨啓C(jī)方案進(jìn)行運(yùn)行分析。通過多級(jí)利用天然氣資源，最大化發(fā)揮天然氣效益，相對(duì)于對(duì)比方案可以節(jié)省一定運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)一定節(jié)能減排效益。

5.1 年運(yùn)行工況

不同方案的年運(yùn)行工況對(duì)比如表所示。

5.2 投資及運(yùn)行費(fèi)用

（1）內(nèi)燃機(jī)分布式能源系統(tǒng)靜態(tài)投資24276萬元，年節(jié)省電費(fèi)11428.77萬元，企業(yè)年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用3160.82萬元，聯(lián)供系統(tǒng)綜合利用效率82%，增量投資回收期7.68年。

（2）燃?xì)廨啓C(jī)分布式能源系統(tǒng)靜態(tài)投資18376.8萬元，年節(jié)省電費(fèi)11859.12萬元，企業(yè)年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用4113.25萬元，聯(lián)供系統(tǒng)綜合利用效率75%，增量投資回收期4.47年。

內(nèi)燃機(jī)方案和燃?xì)廨啓C(jī)方案的年運(yùn)行費(fèi)用均低于燃煤鍋爐方案，且燃?xì)廨啓C(jī)方案的年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用低于方案一，投資回收期也低于方案一。

6 小結(jié)

（1）項(xiàng)目采用分布式能源系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)企業(yè)供熱和部分供電，符合國(guó)家新型能源發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用，提高了用能的安全可靠性。

（2）考慮到項(xiàng)目的各項(xiàng)負(fù)荷特點(diǎn)等因素，項(xiàng)目適宜采用3臺(tái)7200kW等級(jí)的燃汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)，配置一臺(tái)背壓式汽輪機(jī)和兩臺(tái)抽凝式汽輪機(jī)，采用“一拖一”配置方式的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，蒸汽不足部分由調(diào)峰燃?xì)庹羝仩t提供，能滿足供能系統(tǒng)的安全、可靠要求。

（3）燃?xì)廨啓C(jī)方案單位供能量靜態(tài)投資與同行業(yè)基本持平，相對(duì)現(xiàn)有燃煤鍋爐供熱系統(tǒng)的增量投資回收期4.47年，具備較好的可實(shí)施性。

（4）分布式能源系統(tǒng)滿足企業(yè)的用能負(fù)荷需求，熱電聯(lián)供系統(tǒng)年綜合熱效率75%。

（5）采用分布式能源系統(tǒng)系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能、減排優(yōu)勢(shì)。與現(xiàn)有燃煤鍋爐供熱系統(tǒng)相比，采用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)供系統(tǒng)后，可實(shí)現(xiàn)較大的節(jié)能量及運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省，大幅度減少二氧化碳、二氧化硫等污染物排放。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：周新朋

職稱：工程師

工作單位：中國(guó)中元國(guó)際工程有限公司

研究領(lǐng)域：區(qū)域供熱及綜合能源應(yīng)用研究