天然氣分布式能源在飲料廠中的應用

彩松建　趙國強　關健　張鋒濤

摘 要：分析總結飲料廠的能耗特性，對天然氣分布式能源系統用于飲料廠的適用性進行探討。結合河北某飲料廠項目，將傳統供能系統作為比較對象，對天然氣分布式能源系統的可靠性、經濟收益、節能收益、環境保護效益進行了分析。

關鍵詞：飲料廠；天然氣分布式能源；綜合能源利用效率；負荷匹配度

中圖分類號：TK01 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）04-0180-02

Abstract： The energy consumption characteristics of beverage plants are analyzed and summarized， and the applicability of natural gas distributed energy system to beverage plants is discussed. Taking the traditional energy supply system as the comparison object， the reliability， economic benefit， energy saving benefit and environmental protection benefit of the natural gas distributed energy system are analyzed in combination with the project of a beverage factory in Hebei Province.

Keywords： beverage plant； natural gas distributed energy； comprehensive energy efficiency； load matching degree

引言

一般來說，飲料廠具有電負荷、蒸汽負荷穩定的特點，其冷負荷根據生產工藝不同對冷能品質需要不一。受京津冀“煤改氣”政策影響，預計到2020年，行業改造規模要達到5.2GW。

分布式能源屬于國家大力提倡的高效能源利用方式，通過實現能源的梯級利用，使綜合能源利用效率達到80%以上[1]。本文以河北某飲料生產廠分布式能源項目為例，闡述分布式能源技術在飲料廠中的應用。

1 項目概況

該飲料生產廠位于河北省廊坊市，投資規模5億，占地面積200畝，主要進行飲料的生產、加工及儲運。針對該飲料廠建設計劃及用能負荷特點，擬建以燃氣輪機發電機組和燃氣蒸汽鍋爐為核心設備組成的分布式能源站，分兩期建設，穩定地為飲料廠提供電力、蒸汽及生活熱水。（因生產工藝所需冷水溫度低于0℃，而分布式能源站提供的冷水溫度無法達到要求，故不考慮供冷）

2 負荷測算

2.1 蒸汽負荷分析

能源站提供1.0MPa飽和蒸汽，由廠區蒸汽管網輸送至各車間后經減壓后使用，經減壓后的蒸汽流量略有增加，對能源站機組配置及生產工藝穩定性沒有影響。

2.2 熱負荷分析

采暖總熱負荷約7.5MW。

該項目地處我國寒冷地區，采用高溫水采暖完全能夠滿足采暖要求，因此推薦全部采用高溫熱水作為采暖熱媒，設計采用汽水采暖換熱機組，布置在能源站換熱站內，制備110/70℃采暖熱水。

2.3 電負荷分析

該項目所有負荷正常生產季負荷容量約為10MW，一年中約有四個月的生產停歇期，僅需照明及生產線保養用電，約為1.5MW左右。

能源站10kV供電段一期采用一路市電專線供電，二期為兩路市電專線供電，燃機發電機作為輔助供電電源。

3 項目建設內容及規模

能源站主要包括燃機間、鍋爐間、化學水處理室、除氧換熱間、配電室、控制室等用房，占地面積約2000m2。一期采用1臺2.0MW燃氣輪機+1臺7t/h余熱鍋爐+1臺10噸+1臺25噸燃氣蒸汽鍋爐[2]；二期根據廠區生產用能需求進行逐步擴建，增設1臺2.0MW燃氣輪機+1臺7t/h余熱鍋爐+ 1臺25噸燃氣蒸汽鍋爐，后期根據該飲料廠負荷發展情況確定具體投運時間。

4 系統運行模式

該飲料廠主要用能為工業蒸汽，負荷大小受銷售及原料市場影響較大，全年生產期（7月～9月、1月～次年2月）正常生產運行時間大于4000小時，非生產期企業根據市場需求制定生產任務，隨時啟動生產。

針對飲料廠的生產計劃，能源站采用如下運行模式。

生產期：燃氣輪機與配套余熱鍋爐滿負荷運行，供能不足由市電補充和燃氣鍋爐蒸汽補充。能源站所發電量與蒸汽均能被消納，發電小時數可達到4320h以上。

非生產期：燃氣輪機及余熱鍋爐閑置，若臨時有生產計劃，則能源站采用“市電+燃氣鍋爐”的方式供能。

5 節能減排

該項目利用低碳的天然氣供電、供熱，代替華北電網（向本地區供電）以煤為主的高碳能源供電，從而減少CO2排放[3]。因此，該項目以華北電網供同等電量所產生的CO2排放量作為基準線排放量。

具有明顯的節能減排成效，體現低碳環保理念，符合國家能源與環保政策，同時具有較好的經濟效益。

6 適用性評價

通過該典型案例，可以了解到分布式能源在飲料生產行業存在較大的適用性。

（1）飲料廠生產具有計劃性，設計用能負荷曲線與實際偏差較小，而分布式能源是為滿足區域內的冷熱電基本需求進行設計的，配置具有針對性，對負荷的匹配度要求很高，二者具有極佳的契合度。

（2）分布式能源供能方式靈活，可以綜合考慮飲料廠生產旺季與淡季對熱、電和生活熱水負荷的需求，通過不同機組的搭配運行保證供能的可靠性。傳統的飲料廠能源供應方式是：電負荷一般由城市電網承擔，熱負荷往往由燃氣鍋爐承擔。而對于天然氣分布式能源，電負荷可以由發電機組和城市電網兩個來源保障，熱負荷則由動力裝置排煙余熱和燃氣調峰鍋爐提供，無論是供電還是供熱，都有多路保障，更有利于提高能源供給的可靠性[4]。

（3）飲料廠項目可以充分利用燃氣輪機發電機組的余熱，實現了能源的梯級利用和綜合利用，提高了能源利用率，減少了系統運營成本，具有較高的經濟性。

參考文獻：

[1]林世平.燃氣冷熱電分布式能源技術應用手冊[M].中國電力出版社，2014.

[2]宋泓明，王明友，楊智勇，等.燃氣冷熱電三聯供系統發電裝置的選擇[J].建筑電力，2011，30（7）：29-32.

[3]陳霖新.燃氣冷熱電聯供分布式能源系統合理配置研究[J].華電技術，2014（09）：25-28.

[4]江億.天然氣熱電冷聯供技術及應用[M].中國建筑工業出版社，2008.