天然氣分布式能源系統(tǒng)余熱利用方式淺析

沈敬平

安徽省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 安徽合肥 230601

1 概述

燃?xì)獾姆植际侥茉垂?yīng)系統(tǒng)在國外已經(jīng)取得了一定的成就，然而，在我國，由于能源的開發(fā)起步較晚，所以在余熱的利用方式方面尚還處于初期的發(fā)展階段，在這過程中，就不可避免的會遇到許多的問題，從而制約了余熱利用方式的進(jìn)一步在發(fā)展。為此，本篇文章在研究大量文獻(xiàn)和相關(guān)的研究調(diào)查后完成，通過對分布式能源系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、規(guī)劃和發(fā)展過程中經(jīng)常會出現(xiàn)的問題和需要注意的問題進(jìn)行分析，比如：在進(jìn)行冷熱電負(fù)荷的確定工作、設(shè)備的配置和運(yùn)行工作中、天然氣的供應(yīng)能力和需求的矛盾方面都存在著一定的問題。因此，為了更好的推動(dòng)余熱利用方式在我國的應(yīng)用，需要加強(qiáng)不斷的研究，推動(dòng)其廣泛的深入的應(yīng)用。

分布式能源系統(tǒng)作為天然氣利用的主要方式，具有利用效率高、污染程度小的作用。在這種利用方式中，主要是利用了階梯式的方式，將能源分化成階梯式的方式，滿足附近用戶的各項(xiàng)需求。同時(shí)，在利用的過程中，還體現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、靈活性高、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)，對于人民的天然氣使用和天然氣的供應(yīng)企業(yè)發(fā)展都有積極的作用，因此，這種能源的利用方式被得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)調(diào)查和研究發(fā)現(xiàn)：在分布式的能源系統(tǒng)利用方式中，各種燃料的電能轉(zhuǎn)化比僅為35%左右，而在這些燃料的剩余能量中，還存在著大量的污染物和伴隨著其他的能源而排出的各種能量。其中，有30%左右的能量伴隨著煙氣排除，有25%左右的能量伴隨著冷卻水而排除。由此可見：在該能源系統(tǒng)中，還存在著很多的能源浪費(fèi)問題。因此，為了更好的提升能源的利用效率，充分的發(fā)揮現(xiàn)代化能源的積極作用，需要對能源進(jìn)行余熱利用處理[1]。

為了更好的提升后續(xù)能源的利用效率，需要加強(qiáng)對發(fā)電后的余熱進(jìn)行有效的回收處理，從而充分利用這些熱能，發(fā)揮其積極作用。這不僅是能源利用的關(guān)鍵所在，也是分布式能源系統(tǒng)利用的重要方式，因此，必須要加強(qiáng)對余熱處理工作的重視度。

2 余熱能量分析

在現(xiàn)階段的能量余熱利用方式中，主要利用到了燃?xì)廨喓蛢?nèi)燃機(jī)的作用。

2.1 燃?xì)廨啓C(jī)

現(xiàn)階段中投入使用的燃?xì)廨啓C(jī)在范圍的劃分上屬于旋轉(zhuǎn)葉輪式的流體機(jī)械。這種機(jī)械裝置的運(yùn)行原理主要是通過壓氣機(jī)的作用將空氣進(jìn)行增壓的處理，從而在整個(gè)燃燒室內(nèi)將內(nèi)部的燃?xì)馀c高壓的氣體進(jìn)行混合燃燒，從而達(dá)到氣體膨脹，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。一般來講，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中的發(fā)電效率要保證在20%～38%左右。只有這樣，才能夠使得內(nèi)部的天然氣得到充分的燃燒，提高能源的利用效率。在這過程中，還需要注意將燃?xì)夂驼羝M(jìn)行聯(lián)合的循環(huán)處理。在處理工作中，煙氣進(jìn)入到余熱的鍋爐之后，會利用內(nèi)部的蒸汽系統(tǒng)，提高發(fā)電效率。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)：鍋爐內(nèi)部產(chǎn)生的蒸汽會帶動(dòng)汽輪機(jī)的迅速運(yùn)轉(zhuǎn)，從而更好的提高發(fā)電效率，經(jīng)過蒸汽帶動(dòng)后的汽輪機(jī)發(fā)電效率一般可以保障在50%及以上。在利用余熱進(jìn)行處理時(shí)，還可以利用回收到的煙氣來進(jìn)行重復(fù)的利用，這種煙氣主要被利用在制冷工作中，但是，根據(jù)煙氣的特性和鍋爐的生產(chǎn)性能，在供熱處理方面也有很好的適用效應(yīng)[2]。

2.2 內(nèi)燃機(jī)

內(nèi)燃機(jī)在不同的生產(chǎn)活動(dòng)中有不同的型號，在現(xiàn)階段的天然氣工作中，主要利用的是復(fù)活塞式的運(yùn)用機(jī)械這種機(jī)械裝置主要利用的是燃料和空間混合之后的易燃性特點(diǎn)。根據(jù)燃料和空氣的特性來看，二者都具有一定的可燃性特點(diǎn)，為此，在整個(gè)封閉的氣缸內(nèi)部將二者進(jìn)行融合，更是增加了易燃性的特性，加大了爆炸的可能性，從而推動(dòng)活塞開始活動(dòng)。同時(shí)，在活塞開始運(yùn)動(dòng)之后，還會相應(yīng)的帶動(dòng)內(nèi)部的連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行發(fā)電處理，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)器設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。這時(shí)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率能夠達(dá)到35%～47%左右，從而穩(wěn)定了發(fā)電性能，輸送了更多的電能。

3 余熱利用方式

余熱利用的方式多種多樣，在不同的國家、不同的地區(qū)中都會選擇不同的余熱利用方式，我國現(xiàn)階段被廣泛的投入使用的是熱交換式的余熱利用方式。

熱交換式，顧名思義，就是利用余熱內(nèi)部的焓，通過固定的機(jī)械設(shè)備而進(jìn)行能量交換的行為方式，在最終的交換工作結(jié)束之后，能量會被自動(dòng)的轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)過程中所需要的蒸汽和熱水。在進(jìn)行轉(zhuǎn)化的過程中，需要利用到余熱所用的鍋爐、換熱器等設(shè)備，以便更好的提高余熱的利用率。在這過程中，需要綜合考慮到各種因素對熱能轉(zhuǎn)化率的影響，從而更好的提高品質(zhì)。很多的工廠中，已經(jīng)出現(xiàn)了較為成熟的轉(zhuǎn)化工藝，他們在進(jìn)行轉(zhuǎn)化的生產(chǎn)活動(dòng)中，能夠?qū)⒌唾|(zhì)和高質(zhì)的能量進(jìn)行分開處理，從而提升轉(zhuǎn)化效率。

在進(jìn)行蒸汽的處理工作時(shí)，可以利用推動(dòng)機(jī)輪的作用。推動(dòng)機(jī)輪因其自身存在的較大壓力，能夠自行的帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，這種發(fā)電機(jī)不僅能夠被投入到余熱的轉(zhuǎn)化工作中，在供暖設(shè)備的投入使用中，也有積極地效益。在進(jìn)行生活供水的使用過程中，還需要利用到板式的換熱器進(jìn)行加工在處理。這種板式的熱換器不同于其他的換器設(shè)備，其主要有定量的金屬片疊裝而成，讓相關(guān)的液體或者氣體通過這些金屬片實(shí)現(xiàn)熱能的交換處理工作。在進(jìn)行吸收式的熱處理工作中，有眾多的機(jī)械設(shè)備，不同的機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)化率不同。相關(guān)的工作人員就可以根據(jù)某地的生產(chǎn)需求，選擇不同的設(shè)備，從而達(dá)到相應(yīng)的生產(chǎn)目的。

在進(jìn)行商用的燃?xì)庠罹叩挠酂崂脮r(shí)，要對其進(jìn)行準(zhǔn)確有效的分析。商用燃?xì)庠钍褂眠^程中，輸入端的能源主要是燃?xì)馊紵a(chǎn)生的熱量。輸出端的能源則包括：用于加熱烹飪菜肴的直接利用的有效熱量、 燃?xì)獠煌耆紵糠值膿p失能量、煙氣帶走余熱以及和設(shè)備向外散熱損耗的能量等。直接有效利用的能量是被用于加熱鍋烹飪菜肴的熱量，通常以在鍋內(nèi)加入一定量的水吸收的熱量。通過研究發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際產(chǎn)品使用中，燃?xì)獠煌耆紵糠值膿p失能量和散熱損耗的熱量相對較小，煙氣是主要的熱損形式。列如普通大鍋灶的煙氣溫度可高達(dá)400℃以上。一套完善的商用燃?xì)庠钣酂峄厥绽醚b置主要由煙氣換熱器、儲水箱、冷、熱水循環(huán)系統(tǒng)等構(gòu)成。燃?xì)鈺谌紵倪^程中產(chǎn)生大量的高溫?zé)煔?，而這些余熱（廢熱）不能夠被烹飪利用過的水吸收。為此，可以采取讓煙道內(nèi)余熱回收利用裝置充分吸收這些高溫?zé)煔馑鶐ё叩挠酂幔◤U熱）。其工作過程為冷水進(jìn)入煙氣換熱器，與高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱后送至儲水箱，然后供熱水用戶使用。換熱過程中煙氣中水蒸汽很少冷凝析出。最終排出的煙氣溫度為60℃～120℃。

4 余熱利用設(shè)備配置原則

在進(jìn)行余熱利用裝備的配置工作時(shí)，需要充分的考慮到各項(xiàng)設(shè)備對裝備配置的影響，選擇合適的規(guī)格和特性的設(shè)備進(jìn)行組合，從而進(jìn)行能源的高效利用。因此，在進(jìn)行設(shè)備的配置工作中，需要充分的貫徹以下幾項(xiàng)原則：

4.1 匹配負(fù)荷原則

匹配負(fù)荷原則是進(jìn)行余熱處理設(shè)備裝置工作的前提和基礎(chǔ)，在進(jìn)行設(shè)備的配置工作中，首先需要選定匹配的負(fù)荷指數(shù)開展工作。根據(jù)分布式能源系統(tǒng)的核心特點(diǎn)來看，其主要是為了能夠讓就近的用戶滿足基本的能源需求，從而減少能源運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間，降低在運(yùn)輸過程中所造成的各種能源消耗。因此，在選擇各項(xiàng)設(shè)備和燃機(jī)的過程中，需要綜合以往的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，在最大程度上提升電能的使用效率，保證余熱能夠得到最大化的使用，降低在使用過中的消耗[3]。

4.2 余熱優(yōu)先原則

根據(jù)分布式能源系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)則和規(guī)定來看，在進(jìn)行設(shè)備的配置工作中，需要按照以熱定電的原則，開展相應(yīng)的工作。根據(jù)該原則的相關(guān)規(guī)定，在進(jìn)行設(shè)備的配置工作中，需要充分的保障各項(xiàng)設(shè)備的電量和余熱量穩(wěn)定在沖則的狀況下，高效的開展余熱轉(zhuǎn)化工作，減少不必要的消耗，從而在最大程度上提高能源的利用率[4]。

4.3 靈活搭配原則

在進(jìn)行配置的工作中，可能會由于某個(gè)部件的缺失而導(dǎo)致相應(yīng)的工作無法開展，在這過程中，就會有許多的工作人員選擇放棄，指導(dǎo)、直到尋找到相應(yīng)的匹配的部件。雖然這種工作思想能夠在一定程度上確保設(shè)備的安全、精準(zhǔn)性，但很明顯，在人民的需求不斷增長的狀況下，降低了工作效率，不利于滿足人民的需求。

為此，工作人員可以在進(jìn)行設(shè)備的配置工作中，結(jié)合部件的特點(diǎn)和不同的實(shí)際狀況、相關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對不同的設(shè)備進(jìn)行負(fù)荷的特點(diǎn)分析，選擇合適的換熱工藝。在這過程中，需要著重注意在換季或者過渡季時(shí)的負(fù)荷變化，這時(shí)的負(fù)荷變化相比較于其他時(shí)間的負(fù)荷變化，呈現(xiàn)出無序、變化速度快的特點(diǎn)，提升了工作難度。

在進(jìn)行一般的公共建筑熱處理的工作中，需要考慮到供冷供熱的空調(diào)機(jī)組的作用。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)：在進(jìn)行公共建筑的處理時(shí)，由于這些地方對于供冷供熱的需求更大，所以就需要提升該地區(qū)的熱功率，從而更好的滿足需求。

4.4 簡潔高效原則

在進(jìn)行設(shè)備的配置工作中，囊括了眾多的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為此，工作人員在開展配置工作時(shí)，需要耐下心來，仔細(xì)思考，對于涉及到的每一環(huán)節(jié)和每一生產(chǎn)活動(dòng)都需要進(jìn)行反復(fù)的斟酌。由于涉及到了眾多的能源轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以在進(jìn)行能源的轉(zhuǎn)換過程中，也需要消耗大量的熱量。因此，就需要貫徹簡潔高效的原則，提升能源的利用率，減少不必要的損耗。

5 認(rèn)真分析建設(shè)條件

5.1 終端用戶需求

在進(jìn)行分布式能源系統(tǒng)的建設(shè)過程中，首先需要充分的考慮當(dāng)?shù)赜脩舻男枨?。在進(jìn)行能源站的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)首先應(yīng)認(rèn)真分析、準(zhǔn)確計(jì)算確定用戶的冷熱電負(fù)荷及其變化，而不能簡單地套用某些建筑物工程設(shè)計(jì)中的有關(guān)數(shù)據(jù)。集氣站作為整個(gè)消防管理工作開展的重要組成組分，對于整個(gè)管理質(zhì)量的高低發(fā)揮著重要的作用，因此，必須要提高對集氣站位置挑選的重視度。根據(jù)集氣站的特點(diǎn)和消防管理的要求，風(fēng)向較小、坡度平緩的位置是集氣站建造的最佳位置。另外要注意的是，如果集氣站周圍建造了其他的有氣體散發(fā)的機(jī)構(gòu)時(shí)，要將選址定在上風(fēng)向的位置。這個(gè)位置，如果出現(xiàn)了大風(fēng)等天氣，因?yàn)樘幵陲L(fēng)向較小的地區(qū)，所以即使周圍有氣體散發(fā)的機(jī)構(gòu)，也不會對其造成太大的影響，降低了危險(xiǎn)事故的程度。

同時(shí)，還要加強(qiáng)對周圍的建設(shè)，因天然氣本身的易燃性特點(diǎn)，很容易對周圍的環(huán)境造成影響，因此，周圍的消防部門的設(shè)置和消防部隊(duì)的駐扎就尤為重要。建立完善的消防舉措和專用線路，保障消防部門能夠在危險(xiǎn)事故發(fā)生的30分鐘之內(nèi)到達(dá)現(xiàn)場，開展消防工作。在開展消防工作時(shí)，一定要按照國家關(guān)于石油天然氣工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范，保障消防工作的可行性和針對性，能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

5.2 加強(qiáng)對消防管理的重視度

做好相應(yīng)的消防管理之后，要注重對天然氣處理廠站風(fēng)險(xiǎn)管理的重視度。作為風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)工作，識別風(fēng)險(xiǎn)是開展風(fēng)險(xiǎn)控制的前提和基礎(chǔ)，唯有明確了風(fēng)險(xiǎn)控制管理工作中可能出現(xiàn)的各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)，才能夠在后期的工作中加強(qiáng)對風(fēng)險(xiǎn)管控的重視度。為此，在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識別時(shí)，工作人員要有足夠的能力對于天然氣處理廠中存在的風(fēng)險(xiǎn)及其影響因素進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷，并能夠運(yùn)用自己的專業(yè)能力和現(xiàn)代化設(shè)備進(jìn)行損失估算，最后，要結(jié)合對風(fēng)險(xiǎn)的識別與評估，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制工作。

在開展對天然氣處理廠站風(fēng)險(xiǎn)評估的工作時(shí)，可能會運(yùn)用到眾多的風(fēng)險(xiǎn)評估理論和方法，指數(shù)評分法和決策樹分析法是應(yīng)用較為廣泛的兩種方法。指數(shù)評分法最初被應(yīng)用在管道風(fēng)險(xiǎn)的評估工作中，由于其工作量大、成效低、主觀性強(qiáng)，存在著較大的弊端。這主要表現(xiàn)在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估的工作時(shí)，其主要是利用了過去的相關(guān)數(shù)據(jù)和專家的一些經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的總結(jié)，找出各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)之間存在的共同點(diǎn)，從而確定風(fēng)險(xiǎn)所在。由此可見：這種方法存在著較大的主觀性，不同的風(fēng)險(xiǎn)評估人員可能會對一件事情得出不同的結(jié)論，并且，指數(shù)評分法尚未建立完善的評價(jià)系統(tǒng)，在使用過程中還存在著較大的漏洞。

相比較于指數(shù)評分法，決策樹分析法就很明顯的能夠避免上述方法中存在的弊端。這種方法主要指的是利用模型的構(gòu)建來進(jìn)行天然氣處理廠風(fēng)險(xiǎn)的處理，通過建造的模型，使得風(fēng)險(xiǎn)能夠進(jìn)行直觀的展現(xiàn)。

在對天然氣處理廠站的風(fēng)險(xiǎn)管控影響因素的調(diào)查研究中發(fā)現(xiàn)：其選址、周圍的環(huán)境、管道的設(shè)計(jì)、各項(xiàng)設(shè)備的使用等都會對風(fēng)險(xiǎn)控制管理工作造成一定的影響，因此，在進(jìn)行在風(fēng)險(xiǎn)控制的工作時(shí)，相關(guān)的工作人員要利用恰當(dāng)?shù)陌踩芾矸椒▽?shí)現(xiàn)對天然氣風(fēng)險(xiǎn)的有效管理與控制。例如：工作人員進(jìn)行不斷的學(xué)習(xí)、規(guī)范設(shè)備操作流程、引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備、定期的進(jìn)行維修等，但是這些效果并不太明顯，而最有效的風(fēng)險(xiǎn)控制舉措是完善的風(fēng)險(xiǎn)控制方案。在任何一項(xiàng)工作開展時(shí)，都需要綱領(lǐng)性的文件作為指導(dǎo)，引導(dǎo)整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)控制管理工作的開展。

為此，在進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)時(shí)，首先要明確廠站的布局和施工地址，對于施工地址的地質(zhì)狀況、周圍環(huán)境等進(jìn)行明確的勘查和檢測，確保施工的可行性。其次，在進(jìn)行管線的填埋時(shí)，盡量選在地下的位置，避免外界環(huán)境對管道的影響。在廠站的建設(shè)和運(yùn)行過程中，要定期的開展教育工作，不斷的提高工作人員安全管理的意識，提高他們對設(shè)備的操控力和執(zhí)行力。

6 結(jié)語

在進(jìn)行余熱處理的過程中，需要綜合考慮多方的因素，根據(jù)實(shí)際的負(fù)荷需求狀況，開展相應(yīng)的余熱設(shè)備處理工作，從而更好的提升能源的使用效率，減少不必要的能源損耗。