直燃機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的總結(jié)與探討

(中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司青海分公司，敦煌 736200)

0 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)能源消費(fèi)的需求也在逐年增長(zhǎng)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國(guó)全年能源消費(fèi)總量達(dá)48.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比上年增長(zhǎng)3.3%。其中清潔能源(天然氣、水電、核電、風(fēng)電等)消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的23.4%，而天然氣的消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的8%左右，電力行業(yè)仍然是影響我國(guó)煤炭消費(fèi)量的主要行業(yè)，因此，我國(guó)優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的任務(wù)任重道遠(yuǎn)，清潔能源的消費(fèi)量需要繼續(xù)增大。

伴隨我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)與發(fā)展，我國(guó)大多城市相繼出現(xiàn)空氣品質(zhì)低、霧霾嚴(yán)重、冬季天然氣供應(yīng)及夏季電力保障緊張的局面，而冬季天然氣緊缺主要由于冬季工業(yè)用燃料氣的大量增加所致，夏季電力緊缺主要由于全社會(huì)(居民、企業(yè)等)空調(diào)行業(yè)的用電量所致，如此不均衡的用能需求既造成了燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)及設(shè)施在冬季以外的大部分時(shí)間利用率不高，也給城鎮(zhèn)居民生活帶來(lái)影響，如多地區(qū)已實(shí)行冬季居民生活用氣量限購(gòu)、夏季部分時(shí)段調(diào)整電力供應(yīng)等政策。而直燃機(jī)作為一種以天然氣為燃料的冷熱源設(shè)備，對(duì)于緩解夏季電力供應(yīng)緊缺局面具有積極作用，值得我們?nèi)シ治雠c總結(jié)。

1 直燃機(jī)簡(jiǎn)述

直燃機(jī)是以天然氣燃燒產(chǎn)生的熱能為動(dòng)力，溴化鋰溶液為工質(zhì)對(duì)，能夠分別提供空調(diào)用冷凍水、采暖熱水及生活熱水的冷熱源設(shè)備。無(wú)需用大量的電能，運(yùn)動(dòng)部件少、振動(dòng)與噪音小、運(yùn)行安靜，真快狀態(tài)下運(yùn)行，無(wú)臭無(wú)毒、無(wú)爆炸危險(xiǎn)、安全可靠，性能穩(wěn)定，操作方便，危險(xiǎn)保養(yǎng)方便。其主要部件包括高溫發(fā)生器、低溫發(fā)生器、高溫交換器、低溫交換器、蒸發(fā)器、冷凝器等。

制冷工作原理：天然氣燃燒產(chǎn)生熱能，加熱發(fā)生器的溴化鋰溶液至140 ℃產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽被冷卻水冷凝成水后進(jìn)入蒸發(fā)器這個(gè)高真空環(huán)境蒸發(fā)降溫至5 ℃，噴灑到銅管上，使銅管內(nèi)的空調(diào)水降溫至7 ℃，向空調(diào)系統(tǒng)用戶提供冷凍水；吸收熱量后的冷凝水變?yōu)樗羝?，被?lái)自發(fā)生器的濃溶液吸收，并將熱量傳遞給冷卻水釋放到大氣中；變稀的溶液被泵到發(fā)生器，再次被加熱，再次產(chǎn)生水蒸汽；如此循環(huán)不已。

2 案例分析

目前我國(guó)空調(diào)行業(yè)發(fā)展中的制冷方式以電制冷居多，電制冷機(jī)組直接消耗電能來(lái)產(chǎn)出冷量供用戶使用。電能屬于二次能源，我國(guó)的電能主要來(lái)自于熱電廠的燃煤發(fā)電，大量燃煤造成的環(huán)境污染較為嚴(yán)重；而天然氣屬于一次能源，燃燒天然氣的產(chǎn)物對(duì)環(huán)境影響較小，在夏季使用空調(diào)期間若采用直燃機(jī)供冷既可節(jié)省電能，又可減輕因能源消耗而引起的環(huán)境污染，同時(shí)還可提高燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)施的利用率。因此，下面我們就采用直燃機(jī)制冷和電制冷兩種方式結(jié)合某工程應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較與分析。

2.1 項(xiàng)目介紹

本項(xiàng)目屬于已建小區(qū)內(nèi)制冷站的改造項(xiàng)目，項(xiàng)目建設(shè)地位于新疆庫(kù)爾勒市，小區(qū)內(nèi)主要為住宅建筑和辦公建筑，總供冷面積122 912 m2，總冷負(fù)荷4 916.48 kW。小區(qū)內(nèi)已建有1座制冷站及系統(tǒng)管網(wǎng)等配套設(shè)施，運(yùn)行已達(dá)25年，本項(xiàng)目主要對(duì)站內(nèi)的制冷機(jī)組進(jìn)行更換，同時(shí)完成相應(yīng)配套設(shè)施的改造。

2.2 供冷方案

根據(jù)小區(qū)的供冷負(fù)荷與現(xiàn)狀，結(jié)合直燃機(jī)與電制冷機(jī)組的設(shè)備性能與特點(diǎn)，以及考慮室外氣溫、建筑使用率變化等造成的冷負(fù)荷變化，機(jī)組運(yùn)行效率、節(jié)能等多方面因素之后，本項(xiàng)目確定分別采用3臺(tái)電制冷機(jī)組和3臺(tái)直燃機(jī)組作為冷源進(jìn)行對(duì)比分析。

由于是改造項(xiàng)目，供冷系統(tǒng)室外管網(wǎng)及水泵、冷卻塔等主要設(shè)備均為利舊使用，因此本工程只涉及站內(nèi)部分配套設(shè)施的改造及維修

2.3 方案比較

方案一：選用3臺(tái)直燃機(jī)(直燃型溴化鋰吸收式冷(熱)水機(jī)組)，制冷量1 745 kW，冷凍水進(jìn)出水溫度12～7 ℃，冷卻水進(jìn)出水溫度32～37.5 ℃，天然氣耗量127 Nm3/h，制冷額定負(fù)荷COP=1.36(含主機(jī)電耗)。系統(tǒng)泵組、冷卻塔及室外管網(wǎng)利舊，配套進(jìn)行站內(nèi)制冷工藝系統(tǒng)，以及土建、電氣、儀控、燃?xì)狻⑴ǖ炔糠衷O(shè)施改造。

方案二：選用3臺(tái)螺桿機(jī)(高效型螺桿式冷水機(jī)組)，制冷量1 720.7 kW，電功率299.2 kW，電壓380 V，COP=5.75。系統(tǒng)泵組、冷卻塔及室外管網(wǎng)利舊，配套進(jìn)行站內(nèi)制冷工藝系統(tǒng)，以及土建、電氣、儀控等部分設(shè)施改造。

(1)主要設(shè)備與初投資

本項(xiàng)目中的設(shè)備費(fèi)用采用市場(chǎng)詢價(jià)的平均值，具體費(fèi)用見表1。

表1主要設(shè)備及初投資費(fèi)用表

注：配套改造主要包括站內(nèi)工藝系統(tǒng)管線、閥件與輔助設(shè)施，以及土建、電氣、儀控、燃?xì)獾炔糠峙涮自O(shè)施改造。

由表1可知，方案一(直燃機(jī)制冷)比方案二(電制冷)初投資高202萬(wàn)元。

(2)運(yùn)行費(fèi)用

本項(xiàng)目運(yùn)行費(fèi)用主要包括運(yùn)行期間的能源消耗費(fèi)(燃料費(fèi)、水費(fèi)、電費(fèi))與設(shè)備維護(hù)費(fèi)等。本次改造的制冷站每年夏季空調(diào)運(yùn)行135天，每天平均運(yùn)行12 h。能耗價(jià)格采用當(dāng)?shù)赜?jì)費(fèi)單價(jià)，天然氣價(jià)格1.25元/m3，電價(jià)0.93元/kW·h，自來(lái)水價(jià)格3.14元/m3(包括污水處理費(fèi))。設(shè)備維護(hù)費(fèi)用按直燃機(jī)5萬(wàn)元/年/臺(tái)、螺桿機(jī)8萬(wàn)元/年/臺(tái)計(jì)取。兩種方案的運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比具體見表2。

表2運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比表

由表2可知，方案一(直燃機(jī)制冷)比方案二(電制冷)的年運(yùn)行總費(fèi)用低45.68萬(wàn)元。初投資方案一比方案二的高出部分(202萬(wàn)元)，在系統(tǒng)運(yùn)行4.5年后即可節(jié)省出來(lái)。

因此，從經(jīng)濟(jì)性來(lái)講，采用直燃機(jī)供冷的方案雖然初投資高，但建成以后的年運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低，并且直燃機(jī)還可同時(shí)提供采暖和生活熱水，一機(jī)多用，設(shè)備、機(jī)房等系統(tǒng)配套設(shè)施使用率較高，節(jié)省空間，具有較強(qiáng)的廣泛應(yīng)用潛力。

(3)綜合能耗

制冷機(jī)組運(yùn)行期間的能源消耗主要為天然氣、水、電，其中天然氣和水屬于一次能源，電屬于二次能源，現(xiàn)將兩種方案的運(yùn)行能耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤后進(jìn)行分析比較，具體見表3。

表3 綜合能耗對(duì)比表

由表3可知，方案二(電制冷)比方案一(直燃機(jī)制冷)年運(yùn)行多消耗0.98萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，即采用電制冷方式的一次能源消耗量大。因此，單獨(dú)從節(jié)約能源消耗的角度來(lái)講，選用能耗量低的直燃機(jī)供冷方式具有較大的應(yīng)用推廣意義。

3 結(jié)束語(yǔ)

目前，我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中煤炭消費(fèi)占比接近60%，環(huán)境污染仍然是現(xiàn)階段我國(guó)發(fā)展過(guò)程中面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題，因此，大力發(fā)展天然氣等清潔能源的應(yīng)用事業(yè)，在減少對(duì)周圍環(huán)境污染的同時(shí)以求改善我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人民生活水平的提高均具有重要意義。當(dāng)前隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程和大中型城市快速發(fā)展的過(guò)程，多數(shù)城市已面臨著夏季電力資源緊缺、燃?xì)赓Y源供應(yīng)充沛的局面，而采用技術(shù)成熟、先進(jìn)的直燃機(jī)組作為空調(diào)冷源無(wú)疑是緩解這一局面的合理選擇，同時(shí)，直燃機(jī)組設(shè)備本身具備的優(yōu)良經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和節(jié)能性(節(jié)約一次能源)，今后也必將會(huì)受到時(shí)代與行業(yè)的追尋與青睞。