天然氣分布式能源站裝機(jī)方案選擇及節(jié)能分析①

摘 要：本文介紹了某分布式能源站冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)以及項(xiàng)目概況。根據(jù)工程冷熱電負(fù)荷的需求，進(jìn)行裝機(jī)方案原則論證。從一次能源利用率、總熱效率、節(jié)能和應(yīng)用效果等方面論述了燃?xì)饫錈犭娐?lián)供是我國推行分布式能源供應(yīng)的優(yōu)良方式。

關(guān)鍵詞：分布式能源站 機(jī)組選型 節(jié)能

中圖分類號：TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）03（c）0116-02

天然氣分布式能源系統(tǒng)是直接面向用戶提供各種形式能量的中小型終端供能系統(tǒng)，它不同于傳統(tǒng)的集中式能源生產(chǎn)與供應(yīng)模式，而是分散在用戶端，以能源綜合梯級利用模式，來達(dá)到更高能源利用率、更低能源成本、更高供能安全性以及更好的環(huán)保性能等供能多目標(biāo)。分布式是實(shí)現(xiàn)發(fā)電、制冷、制熱等多種功能先進(jìn)能源系統(tǒng)，明確列入了“國家節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃”中的重點(diǎn)節(jié)能領(lǐng)域。分布式能源系統(tǒng)適合建立在建筑功能多樣化、建筑相對集中的區(qū)域。不同建筑功能的建筑之間出現(xiàn)的能源峰谷時(shí)間不同，建筑功能多樣化可以使區(qū)域內(nèi)的電、冷、熱需求相對平衡，利于系統(tǒng)長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，提高系統(tǒng)的年利用效率。

根據(jù)發(fā)改能源[2011]2196號文件《關(guān)于發(fā)展天然氣分布式能源的指導(dǎo)意見》，合理選擇建設(shè)規(guī)模，優(yōu)化系統(tǒng)配置，原則上天然氣分布式能源全年綜合利用效率應(yīng)高于70%，在低壓配電網(wǎng)就近供應(yīng)電力。發(fā)揮天然氣分布式能源的優(yōu)勢，兼顧天然氣和電力需求削峰填谷。

某經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)集居住、商業(yè)、工業(yè)于一體，有電、冷、熱負(fù)荷需求，能源需求多樣化，適合建立分布式能源站，實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)能源融合，利用效率發(fā)揮到最大狀態(tài)，以達(dá)到節(jié)能減排的目的。

本能源站一期擬建設(shè)2套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，包括3臺LM6000PD Sprint型燃?xì)廨啓C(jī)（各帶1臺發(fā)電機(jī)）、3臺余熱鍋爐（單壓，帶尾部熱水鍋爐）、1臺背壓式汽輪機(jī)（帶1臺發(fā)電機(jī)）和1臺抽凝式汽輪機(jī)（帶1臺發(fā)電機(jī)），主蒸汽采用母管制連接，并設(shè)置2套減溫減壓裝置作為備用。汽輪機(jī)最大能供工業(yè)蒸汽118 t/h，加上熱水鍋爐的供熱量約35.8 MW（510 t/h），以滿足本地區(qū)近期工業(yè)蒸汽負(fù)荷大部分需求和熱水負(fù)荷大部分需求。由于該經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)已經(jīng)建成了一定數(shù)量和容量的鍋爐房，鍋爐房的取締需要一段時(shí)間，開發(fā)區(qū)的熱負(fù)荷也是逐漸提高，因此余下熱負(fù)荷可在能源站二期進(jìn)行彌補(bǔ)。

1 裝機(jī)方案

考慮到供熱的可靠性，本工程燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)量以不少于2臺為宜，當(dāng)1臺燃?xì)廨啓C(jī)或余熱鍋爐停運(yùn)后，能保障用戶最小熱負(fù)荷的需求。同時(shí)，由于燃?xì)廨啓C(jī)因壓氣機(jī)進(jìn)氣量的調(diào)節(jié)幅度小，低負(fù)荷時(shí)效率陡降，因此燃?xì)廨啓C(jī)高效率運(yùn)行的調(diào)度方式應(yīng)以臺調(diào)節(jié)為主，不宜采用平均負(fù)荷的調(diào)度方式。因此，燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)量以不少于2臺為宜。根據(jù)開發(fā)區(qū)的熱負(fù)荷和電負(fù)荷情況，確定機(jī)組的供熱能力和供電能力，本工程機(jī)組選型初步按下述方案考慮。

（1）方案一：安裝2套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組（1套“二拖一”和1套“一拖一”，主蒸汽采用母管制），包括3臺LM6000PD Sprint型燃?xì)廨啓C(jī)（各帶1臺發(fā)電機(jī)）、3臺余熱鍋爐（單壓，帶尾部熱水鍋爐）、1臺抽凝式汽輪機(jī)（帶1臺發(fā)電機(jī)）和1臺背壓式汽輪機(jī)（帶1臺發(fā)電機(jī)）。

（2）方案二：安裝3套燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組（3套“一拖一”，主蒸汽采用母管制），包括3臺LM6000PD Sprint型燃?xì)廨啓C(jī)（各帶1臺發(fā)電機(jī)）、3臺余熱鍋爐（單壓，帶尾部熱水鍋爐）、2臺背壓式汽輪機(jī)（各帶1臺發(fā)電機(jī)）和1臺抽凝式汽輪機(jī)（帶1臺發(fā)電機(jī)）。

兩個(gè)方案（年平均工況）比較詳見表1。

以上方案均可滿足平均工業(yè)生產(chǎn)蒸汽負(fù)荷需求，供熱水量基本相等。

方案二有3臺燃?xì)廨啓C(jī)、3臺余熱鍋爐和3臺汽輪機(jī)，供熱可靠性高，裝機(jī)容量適當(dāng)，初投資高，機(jī)組運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活性較高。

方案一有3臺燃?xì)廨啓C(jī)、3臺余熱鍋爐和2臺汽輪機(jī)，供熱可靠性高，裝機(jī)容量適當(dāng)，初投資較低，機(jī)組運(yùn)行調(diào)節(jié)靈活性高。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中，燃?xì)廨啓C(jī)、余熱鍋爐、汽輪機(jī)的匹配原則一般是：余熱鍋爐的蒸發(fā)量與燃?xì)廨啓C(jī)排出的煙氣余熱相匹配，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量與余熱鍋爐的蒸發(fā)量相匹配，以使能源的利用效率最大化。汽輪機(jī)可以是抽汽凝汽式，也可以是背壓式。背壓式汽輪機(jī)熱效率高，但在實(shí)際運(yùn)行中，如果熱負(fù)荷變化頻繁，將使整個(gè)機(jī)組的負(fù)荷率隨之不斷調(diào)整，對整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行不利。特別是當(dāng)熱負(fù)荷較小時(shí)，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組處于低負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)整個(gè)機(jī)組的熱效率會大大降低。而抽凝式汽輪機(jī)的抽汽可以隨著熱負(fù)荷的變化而調(diào)節(jié)，整個(gè)機(jī)組可以長期保持較高的熱效率。而根據(jù)國家能源政策，對于有充足、穩(wěn)定的工業(yè)熱負(fù)荷的地區(qū)，原則上建設(shè)背壓式機(jī)組，必要時(shí)配合建設(shè)抽汽凝汽式機(jī)組。

方案一根據(jù)開發(fā)區(qū)熱、冷、電負(fù)荷變化情況綜合考慮，同時(shí)配置背壓式汽輪機(jī)和抽汽式汽輪機(jī)，兼顧效率和靈活運(yùn)行的需要。背壓式汽輪機(jī)的排汽可以直接對外供熱，沒有冷源損失，熱效率高。抽凝式汽輪機(jī)運(yùn)行靈活，熱效率較純凝機(jī)組高。由于工業(yè)熱負(fù)荷屬于持續(xù)性熱負(fù)荷，需保證供熱可靠性，否則將會給熱用戶的工業(yè)生產(chǎn)造成較大的損失，因此裝機(jī)方案通過采用背壓式汽輪機(jī)和抽汽式汽輪機(jī)兼顧的格局。三臺余熱鍋爐的高壓蒸汽管道通過切換母管同時(shí)給背壓式汽輪機(jī)和抽凝式汽輪機(jī)供汽。背壓式汽輪機(jī)的排汽管道和抽凝式汽輪機(jī)的抽汽管道并聯(lián)至供熱母管上，向廠外供熱。三臺余熱鍋爐尾部設(shè)置的熱水鍋爐產(chǎn)生的熱水連接成母管，夏季作為熱水型溴化鋰吸收式制冷機(jī)的驅(qū)動熱源，全年作為生活熱水的加熱熱源。

根據(jù)該地區(qū)的熱負(fù)荷，全年有4個(gè)月是熱用戶的生產(chǎn)淡季，有4個(gè)月是熱用戶的生產(chǎn)旺季。生產(chǎn)淡季時(shí)，由于供熱負(fù)荷減少，方案二的2臺背壓機(jī)其中1臺將只能采用低負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行效率低，必然影響投資效益，所以方案二的機(jī)組不太適應(yīng)熱負(fù)荷的變化，而方案一采用的是1臺抽凝機(jī)+1臺背壓機(jī)，無論在供熱工況，還是在凝汽工況下運(yùn)行都具有高的熱效率，都能送出高效、節(jié)能和較清潔的電力，抗風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)。生產(chǎn)旺季時(shí)，可保留2臺15 t/h容量的鍋爐作為調(diào)峰鍋爐滿足余下的熱負(fù)荷，這樣可使能源站取得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，能源站一期裝機(jī)方案推薦方案一，即裝設(shè)3臺LM6000PD Sprint型燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組、3臺余熱鍋爐（單壓，帶尾部熱水鍋爐）、1臺抽凝式汽輪機(jī)（帶1臺發(fā)電機(jī)）和1臺背壓式汽輪機(jī)（帶1臺發(fā)電機(jī)）。

推薦方案能源站全廠年平均熱效率為75.32%，年平均熱電比為76.5%，符合《熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目可行性研究技術(shù)規(guī)定》中常規(guī)燃?xì)廨啓C(jī)熱電廠全廠年平均總熱效率應(yīng)大于55%、各容量等級燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電比年平均應(yīng)大于30%的要求。

2 節(jié)能分析

在相同供電量和供熱量的情況下，若采用熱電分產(chǎn)，即先進(jìn)凝汽式電廠供電、集中供熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽和熱水供熱，或若采用關(guān)停供熱鍋爐，取其主要熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表2。

注：超臨界600 MW級機(jī)組發(fā)電標(biāo)煤耗為281 g/kWh，廠用電暫按6.3%計(jì)算，平均供電標(biāo)煤耗為300 g/kWh。

通過上表可以看出，在相同供電量和供熱量的情況下，采用熱電分產(chǎn)，全年標(biāo)準(zhǔn)煤耗量約為37.15×104 t；采用關(guān)停的供熱鍋爐，全年標(biāo)準(zhǔn)煤耗量約為39.35×104 t；本工程全年天然氣耗量2.306×108 N m3，折合標(biāo)準(zhǔn)煤量26.22×104 t，相對于熱電分產(chǎn)每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量10.93×104 t，相對于關(guān)停的供熱鍋爐每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量13.13×104 t，能夠顯著地節(jié)約能源、減少排放。

而且，采用熱電聯(lián)產(chǎn)的方案能源利用效率比熱電分產(chǎn)以及關(guān)停的供熱鍋爐要高大約20個(gè)百分點(diǎn)。

3 結(jié)論及建議

通過對熱電聯(lián)產(chǎn)、分散鍋爐供熱的能源利用效益比較分析可知，熱電聯(lián)產(chǎn)比分散鍋爐供熱在提高能源利用效率、減少污染排放、節(jié)約能源和土地資源等方面效果更為顯著，且社會效益明顯。

參考文獻(xiàn)

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