燃氣冷熱電三聯(lián)供在某項目中應(yīng)用的方案選擇

肖秀枝

連云港沃利帕森技術(shù)有限公司上海分公司 （上海 200001）

工作研究

燃氣冷熱電三聯(lián)供在某項目中應(yīng)用的方案選擇

肖秀枝

連云港沃利帕森技術(shù)有限公司上海分公司 （上海 200001）

簡單介紹了三聯(lián)供的概念、二氧化碳的影響，著重闡述了三聯(lián)供在某工業(yè)園區(qū)的應(yīng)用及方案選擇，燃氣機組總發(fā)電量為3×2575 kW，峰值時所需的用電量由市政電網(wǎng)供給。針對某項目減少二氧化碳排放的要求，進行了詳細的計算比較。

三聯(lián)供 CO2方案選擇

0 前言

燃氣冷熱電三聯(lián)供（CCHP，簡稱“三聯(lián)供”）屬于分布式能源，是傳統(tǒng)熱電聯(lián)產(chǎn)的一種進化和發(fā)展，它以機組更加小型化、分散化的形式布置在用戶附近，同時向用戶輸出冷、熱、電能。

三聯(lián)供是以天然氣為燃料，利用小型燃氣輪機、燃氣內(nèi)燃機、微燃機等設(shè)備，將天然氣燃燒后獲得的高溫?zé)煔庥糜诎l(fā)電，再利用余熱在冬季供暖；在夏季，通過驅(qū)動吸收式制冷機供冷,同時，還可提供生活熱水，充分利用了排氣熱量。

我國大部分地區(qū)冬季需要采暖，夏季需要制冷。大量的空調(diào)用電使得夏季電負荷遠遠超過冬季，一方面會給電網(wǎng)帶來巨大的壓力，另一方面會造成冬季發(fā)電設(shè)施大量閑置，發(fā)電設(shè)備和輸配設(shè)施利用率降低。

采用三聯(lián)供系統(tǒng)，夏季燃燒天然氣制冷，增加夏季的燃氣使用量，減少夏季用電空調(diào)的電負荷，同時系統(tǒng)的自發(fā)電也可以降低大電網(wǎng)（如市政電網(wǎng)）的供電壓力。

1 二氧化碳對自然環(huán)境及人類的影響

隨著社會的進步，科學(xué)及工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，能源的消耗量越來越多。但目前所消耗的能源主要是固體燃料、液體燃料、氣體燃料等，這些燃料完全燃燒所產(chǎn)生的廢氣主要是二氧化碳。大氣中二氧化碳含量過高會對自然環(huán)境及人類產(chǎn)生以下影響：

大氣中的二氧化碳可使大量的太陽輻射能通過大氣層輻射到地球表面，吸收從地球表面輻射出的紅外線。吸熱后的二氧化碳，再將吸收的輻射能逆輻射到地球表面，形成多次輻射，使近地層大氣增溫。大氣中的二氧化碳好像是一個屏蔽，如同農(nóng)業(yè)所建的溫室一樣。所以，將大氣中的二氧化碳所產(chǎn)生的效應(yīng)叫做二氧化碳的溫室效應(yīng)。大氣中的二氧化碳含量越多，溫室效應(yīng)越顯著，導(dǎo)致大氣氣溫升高，全球氣候變暖，進一步導(dǎo)致海洋水位上升，淹沒沿海城市，破壞自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)。有些生物由于不能適應(yīng)環(huán)境溫度的變化而滅絕，從而使生物的多樣性遭到破壞。綜上所述，減少二氧化碳向大氣的排放至關(guān)重要。

能源供應(yīng)和環(huán)保問題已經(jīng)成為制約中國經(jīng)濟發(fā)展的主要瓶頸，為此，中國政府將實行“建設(shè)資源節(jié)約型社會、環(huán)境友好型社會、循環(huán)經(jīng)濟”的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。天然氣作為一種清潔、高效的能源，是中國政府推動能源優(yōu)質(zhì)化的重點領(lǐng)域。西氣東輸工程的竣工標(biāo)志著中國天然氣時代的開始，為三聯(lián)供提供了資源基礎(chǔ)。

2 三聯(lián)供在某工業(yè)園區(qū)的應(yīng)用

目前，中國政府將天然氣的開發(fā)和利用作為改善能源結(jié)構(gòu)、提高環(huán)境質(zhì)量的重要措施。西氣東輸、廣東進口液化天然氣、東海天然氣開發(fā)等大型項目的全面實施，推動了全國天然氣的建設(shè)。北京、上海等城市已經(jīng)采取了一些優(yōu)惠政策，鼓勵三聯(lián)供項目的發(fā)展。到目前為止，已經(jīng)建成了上海浦東國際機場、北京燃氣大樓、北京燃氣集團次渠門站大樓等多個項目。

目前，上海某工業(yè)園區(qū)擬建一個三聯(lián)供能源中心，夏季向園區(qū)提供電、冷量（8～14℃的冷水）以及特殊要求的飽和蒸汽［0.6 MPa(G)］；冬季向園區(qū)提供電、熱量（95～55℃的熱水）以及特殊要求的飽和蒸汽［0.6 MPa(G)］。由于二氧化碳是造成溫室效應(yīng)的氣體，并且節(jié)能減排對保護環(huán)境有重要意義，因此在該項目建設(shè)中，業(yè)主非常關(guān)注二氧化碳的排放量，力求做到節(jié)約能源、二氧化碳排放量最少。

根據(jù)整個園區(qū)的用電量，即基本的耗電量來選擇活塞式燃氣機組的發(fā)電量（每套活塞式燃氣機組的發(fā)電量為2575 kW），峰值時所需的用電量由市政電網(wǎng)供給。本文從節(jié)能減排、保護環(huán)境的角度，對下述兩種方案進行了詳細對比。

2.1 方案一

每套活塞式燃氣發(fā)電機組對應(yīng)一套煙氣余熱回收蒸汽鍋爐，產(chǎn)生的電送往工業(yè)園區(qū)。夏季時，余熱回收蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過雙效吸收式制冷機組獲得的冷量送往工業(yè)園區(qū)，活塞式燃氣發(fā)電機組缸套產(chǎn)生的95℃熱水送往工業(yè)園區(qū)的特殊用戶，工業(yè)園區(qū)峰值時所需的冷量由機械式制冷機組提供，工業(yè)園區(qū)夏季所需的蒸汽由天然氣直燃式蒸汽鍋爐提供；冬季時，余熱回收蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過板式換熱器獲得的熱水，與活塞式燃氣發(fā)電機組缸套產(chǎn)生的95℃熱水一起送往工業(yè)園區(qū)，用于采暖及其他用途，工業(yè)園區(qū)峰值時所需的熱量，以及工業(yè)園區(qū)所需的蒸汽由天然氣直燃式蒸汽鍋爐提供。

天然氣直燃式蒸汽鍋爐的能力，是由園區(qū)冬季最大熱負荷及園區(qū)所需的蒸汽量來確定的。由于園區(qū)有特殊設(shè)施要求常年維持恒溫，冬季時，這部分冷量需由機械式制冷機提供。

雙效吸收式制冷機的能力是根據(jù)余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽量來確定的；機械式制冷機組的能力是根據(jù)夏季園區(qū)所需最大冷負荷與雙效吸收式制冷機的能力的差值來確定的。方案一的簡單的流程示意圖由圖1所示。

此方案對應(yīng)原整個工業(yè)園區(qū)的水、電（能源中心三聯(lián)供機組耗電量）、蒸汽、天然氣消耗量見表1。

圖1 方案一流程

表1 方案一對應(yīng)的水、電、蒸汽、天然氣消耗量

2.1.1 熱效率計算

（1）冬季峰值熱效率計算

消耗天然氣所提供的能量：

發(fā)電、蒸汽、熱水所得能量：

總熱效率：

（2）夏季峰值熱效率計算

夏季時，只需要直燃式蒸汽鍋爐70%的熱負荷供應(yīng)。

消耗天然氣所提供的能量：

夏季天然氣直燃式鍋爐只需要生產(chǎn)7000 t/h的蒸汽。

發(fā)電、蒸汽、熱水所得能量：

總熱效率：

2.1.2 二氧化碳排放量計算

根據(jù)業(yè)主提供的二氧化碳排放量基準(zhǔn)：

（1）夏季二氧化碳排放量計算

消耗天然氣提供的能量：

二氧化碳排放量：

消耗電力所提供的能量：

二氧化碳排放量：

總的二氧化碳排放量：

（2）同理得出冬季二氧化碳排放量：F=7.5 t/h

2.2 方案二

每套活塞式燃氣發(fā)電機組對應(yīng)一套補充燃料及空氣的煙氣余熱回收蒸汽鍋爐，產(chǎn)生的電送往工業(yè)園區(qū)。夏季時，余熱回收蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過雙效吸收式制冷機組獲得的冷量送往工業(yè)園區(qū)，活塞式燃氣發(fā)電機組缸套產(chǎn)生的95℃熱水送往工業(yè)園區(qū)，工業(yè)園區(qū)峰值時所需的冷量由機械式制冷機組調(diào)節(jié)，工業(yè)園區(qū)夏季所需的蒸汽由補充燃料及空氣的煙氣余熱回收蒸汽鍋爐供給；冬季時，補充燃料及空氣的煙氣余熱回收蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過板式換熱器獲得的熱水，與活塞式燃氣發(fā)電機組缸套產(chǎn)生的95℃熱水一起送往工業(yè)園區(qū)，用于采暖及其他用途。由于園區(qū)有特殊設(shè)施要求常年維持恒溫，冬季時，這部分冷量需由機械式制冷機提供。補充燃料及空氣的煙氣余熱回收蒸汽鍋爐所產(chǎn)生的最大蒸汽量，是根據(jù)冬季所需的最大熱負荷及園區(qū)所需要的蒸汽量來確定的。雙效吸收式制冷機組的能力是根據(jù)夏季基本冷負荷來選擇的；機械式制冷機組的能力是根據(jù)夏季園區(qū)所需最大冷負荷與雙效吸收式制冷機的能力的差值來確定的。方案二的流程見圖2。

圖2 方案二流程

此方案對應(yīng)的整個工業(yè)園區(qū)的水、電（能源中心三聯(lián)供機組耗電量）、蒸汽、天然氣消耗量見表2。

表2 方案二對應(yīng)的水、電、蒸汽、天然氣消耗量

續(xù)表

2.2.1 熱效率計算

（1）冬季峰值熱效率計算

消耗天然氣所提供的能量：

發(fā)電、蒸汽、熱水所得能量：

總熱效率：

（2）夏季峰值熱效率計算

消耗天然氣所提供的能量：

夏季只有兩臺補充燃料及空氣余熱鍋爐需要補充燃料。

發(fā)電、蒸汽、熱水所得能量：

總熱效率：

2.2.2 二氧化碳排放量計算

（1）夏季二氧化碳排放量計算消耗天然氣所提供的能量：

二氧化碳排放量：

消耗電力所提供的能量：

總的二氧化碳排放量：

（2）同理得出冬季二氧化碳排放量：F=7.14 t/h

3 結(jié)語

由上述計算結(jié)果可知：

（1）方案二的熱效率高于方案一；

（2）方案二比方案一更節(jié)能，方案二的二氧化碳排放量也比方案一少；

（3）由于補充燃氣及空氣余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽能夠滿足冬季熱負荷峰值的需要，因此方案二可使用直燃式蒸汽鍋爐；方案二所用雙效吸收式蒸汽制冷機的能力較方案一的大，機械式制冷機的臺數(shù)及能力均有所減少；方案一的設(shè)備總臺數(shù)約為24臺，方案二的設(shè)備總臺數(shù)約為20臺，可知方案二的設(shè)備數(shù)量較方案一的有所減少，因此設(shè)備總占地面積減少了；設(shè)備臺數(shù)減少，設(shè)備的維護成本也因此減少。

（4）與方案一相比，方案二更加降低能耗，進而可以節(jié)約設(shè)備操作的運行成本，因此方案二產(chǎn)生的經(jīng)濟效益更好。

綜上所述，方案二優(yōu)于方案一，因此本項目最終選擇方案二進行項目報批。

The Choice of Gas combined cooling heating and power (CCHP)in a Project

Xiao Xiuzhi

The concept of CCHP and the influence of carbon dioxide were briefly introduced.The application and scheme of CCHP in an industrial park were emphatically expounded.The total generating capacity of gas generator was 3× 2 575 kW,the peak power consumption was supplied by the municipal grid.In order to reduce the carbon dioxide emission of a project,a detailed comparisons were made.

Combined cooling heating and power(CCHP);Carbon dioxide(CO2);Scheme selection

（略）

TU996

2016年3月

肖秀枝 女 1974年生 本科 工程師 現(xiàn)從事化工工藝設(shè)計工作