小型燃機(jī)分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)效益探討

陳云峰 高帥

摘 ?要：作為當(dāng)代工業(yè)較為普遍的分布式供熱系統(tǒng)，小型燃機(jī)分布式功能系統(tǒng)有著較好的環(huán)境效益和能源綜合利用率。因此，小型燃機(jī)分布式功能系統(tǒng)比傳統(tǒng)集中電站更容易被相關(guān)企業(yè)工廠運(yùn)用。本文結(jié)合相關(guān)項(xiàng)目建設(shè)案例，針對小型燃機(jī)分布式功能系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，對其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益和特征進(jìn)行了一定闡述，希望能夠給相關(guān)領(lǐng)域的工業(yè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：工業(yè);小型燃機(jī)分布式功能系統(tǒng);建設(shè)案例;經(jīng)濟(jì)效益

中圖分類號：TU83 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）05-0155-03

Abstract：As a common distributed heating system in contemporary industry，the distributed function system of small gas turbine has better environmental benefits and comprehensive utilization of energy. Therefore，the small gas turbine distributed function system is easier to be used by relevant enterprises than the traditional centralized power plant. In this paper，combined with relevant project construction cases，the design and analysis of distributed function system for small gas turbine are carried out，and the economic benefits and characteristics of the system are expounded，hoping to provide reference for Industry in related fields.

Keywords：industry;distributed functional system of small gas engine;construction case;economic benefit

0 ?引 ?言

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和能源開發(fā)，分布式功能系統(tǒng)被廣大企業(yè)和工廠運(yùn)用。作為一種提高能源綜合利用率的設(shè)備，該功能系統(tǒng)借助天然氣、沼氣、焦?fàn)t煤氣等燃料系統(tǒng)，結(jié)合一些中小型發(fā)電機(jī)組，如燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組、微型燃機(jī)發(fā)電機(jī)組，與一些“余熱鍋爐”或換熱器配套使用。按照能源的階梯利用原理能夠綜合提升能源利用率，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷中心周圍的綜合供應(yīng)。本文結(jié)合某工廠廠區(qū)小型燃機(jī)分布式系統(tǒng)項(xiàng)目案例，分析其設(shè)計(jì)特征和經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)勢。

1 ?分布式功能系統(tǒng)類型

按照相關(guān)分布式功能系統(tǒng)和電網(wǎng)的運(yùn)行特征，可以分為“聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)”、“并網(wǎng)不上網(wǎng)”、“獨(dú)立無網(wǎng)”等類型。分析建筑類型可以將其分為“大型建設(shè)”、“公共建筑”、“獨(dú)立工廠”和“城區(qū)綜合”等系統(tǒng)。

2 ?相關(guān)小型燃機(jī)分布式項(xiàng)目實(shí)例分析

2.1 ?項(xiàng)目概況

A廠位于某市工業(yè)區(qū)，主要工作是汽車生產(chǎn)。該工廠常年用電量較高，且十分穩(wěn)定。有著穩(wěn)定的蒸汽負(fù)荷功能。在環(huán)境建設(shè)影響下，當(dāng)代大力推進(jìn)用“燃煤鍋爐”以及“清潔能源”代替整個(gè)工廠供能運(yùn)行。對此，企業(yè)家和自身電力消耗以及蒸汽負(fù)荷建設(shè)的需求在保障一定燃?xì)夤?yīng)的基礎(chǔ)上，通過方案分析和論證，最終采取小型燃汽輪機(jī)方案。

2.2 ?相關(guān)負(fù)荷分析

2.2.1 ?熱負(fù)荷分析

A廠內(nèi)部已經(jīng)建成8km總長的蒸汽聯(lián)合管道。現(xiàn)已連接內(nèi)部3個(gè)整車廠、發(fā)動(dòng)機(jī)廠，形成了鍋爐房為主要供應(yīng)中心，全區(qū)域聯(lián)網(wǎng)供汽的條件。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)分析，該裝置運(yùn)行和全面蒸汽負(fù)荷需求有關(guān)。在冬季時(shí)期，該設(shè)備運(yùn)行為280噸/小時(shí)，而夏季需求較低，約為40噸/小時(shí)。其中每日周期穩(wěn)定在兩個(gè)小時(shí)左右，負(fù)荷程度為60噸/小時(shí)，用汽點(diǎn)壓力約在0.6Mpa。

2.2.2 ?電負(fù)荷分析

為了保障該工廠有穩(wěn)定的電力功能。該汽車工廠周邊建設(shè)兩路35KV的降壓站。每一個(gè)降壓站內(nèi)部設(shè)置多臺35KV/10KV變壓器，分別為二廠、三廠發(fā)動(dòng)機(jī)供電。據(jù)分析，降壓變壓器負(fù)荷特征如下：

（1）季節(jié)差異。全面不同季節(jié)用電耗能差異較大，其中夏冬季節(jié)和春秋季節(jié)差異最為明顯;

（2）每日差異。每日用電能存在階梯特征。其中辦公時(shí)段耗電量達(dá)到峰值。通常17點(diǎn)后用電量下降到平均水平。凌晨1點(diǎn)到5點(diǎn)之間用電量開始下降，第二天開始循環(huán)用電，且每日用電量呈現(xiàn)波動(dòng)性特征;

（3）用電設(shè)備分析。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，A廠發(fā)動(dòng)機(jī)二廠的兩臺變壓器的電負(fù)荷在6012～14126KW之間，其中凌晨時(shí)段的電負(fù)荷主要集中于5950～8150KW之間，其余時(shí)段呈現(xiàn)波動(dòng)特征，且均高于8000KW。對于三廠而言，三廠全年最低電負(fù)荷為1700KW，最高僅為9800KW，凌晨時(shí)段用電負(fù)荷均在3000～4200KW之間，其余時(shí)段不超出5000KW。以此分析，工廠店里進(jìn)行規(guī)劃后，用電負(fù)荷會(huì)再次增加2000KW。

3 ?系統(tǒng)和工藝分析

3.1 ?系統(tǒng)燃機(jī)配置

經(jīng)過分析之后，A汽車生產(chǎn)廠的相關(guān)電力負(fù)荷和蒸汽負(fù)荷適合小型燃汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組。選取5500～6500KW之間的單機(jī)容量，一方面能夠保證機(jī)組發(fā)出的電力實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，另一方面能夠利用燃機(jī)使用后的余熱蒸汽，綜合提升能源的利用率，帶動(dòng)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和降低對環(huán)境的影響。結(jié)合相關(guān)技術(shù)進(jìn)行對比，其中有三項(xiàng)燃?xì)馀渲醚b置作為備選，現(xiàn)將相關(guān)燃機(jī)技術(shù)參數(shù)對比分析如表1所示。

由表1可知，MGT620的燃機(jī)發(fā)電效率高，蒸汽產(chǎn)量大。同時(shí)，西門子SGT-200機(jī)型發(fā)電效率低，但是蒸汽產(chǎn)量大，而索拉T65燃機(jī)發(fā)電效率好，但是蒸汽產(chǎn)量相對少。經(jīng)過綜合對比分析，本項(xiàng)目案例設(shè)計(jì)選取了MAN的MGT620機(jī)組。

3.2 ?余熱鍋爐配置

本項(xiàng)目選取的是蘇州海陸重工生產(chǎn)的余熱鍋爐機(jī)，其中標(biāo)識額定蒸發(fā)量為14.3t/h，額定蒸汽參數(shù)為1.3Mpa，為195℃余熱鍋爐。配置熱鍋爐和燃機(jī)設(shè)備數(shù)目一致。其中產(chǎn)生的蒸汽一并進(jìn)入原有蒸汽管網(wǎng)，與原有設(shè)備一起運(yùn)行，以滿足廠區(qū)峰值負(fù)荷需求。在進(jìn)行鍋爐處理時(shí)，要注意設(shè)置相關(guān)煙氣旁路，以減少高溫?zé)煔馀懦龝r(shí)的安全隱患。

3.3 ?加壓系統(tǒng)

由于市政燃?xì)夤芫W(wǎng)輸送廠區(qū)燃?xì)鈮毫?.85Mpa，為保障整個(gè)燃?xì)庀到y(tǒng)的供應(yīng)穩(wěn)固和完善，需要設(shè)置相關(guān)燃?xì)夤?yīng)加壓系統(tǒng)。該系統(tǒng)由穩(wěn)壓裝置、計(jì)量、監(jiān)測預(yù)警和保護(hù)系統(tǒng)裝置構(gòu)成，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置有四套加壓系統(tǒng)，其數(shù)目和燃機(jī)對應(yīng)。

3.4 ?其他輔助系統(tǒng)

為了保證整個(gè)小型燃機(jī)分布式供能系統(tǒng)正常運(yùn)行，本項(xiàng)目還設(shè)置了CCHP智能控制系統(tǒng)，安置了一套循環(huán)冷卻系統(tǒng)。

3.5 ?相關(guān)工藝處理流程

經(jīng)過相關(guān)裝置設(shè)備運(yùn)行設(shè)計(jì)后，該項(xiàng)目工藝處理流程如圖1所示。

4 ?小型燃機(jī)分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 ?功能系統(tǒng)投資設(shè)計(jì)估算

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)改建需要購置以下設(shè)備：

（1）分布式供能站系統(tǒng);

（2）燃?xì)夤芫W(wǎng)和室外蒸汽的配套設(shè)施;

（3）4臺發(fā)電機(jī)組;

（4）4臺蒸汽鍋爐和燃?xì)饧訅浩?

（5）CCHP智能系統(tǒng)及配套設(shè)施。綜合以上造價(jià)分析，小型燃機(jī)分布式供能系統(tǒng)總造價(jià)為2.55*104萬元。

4.2 ?能源消耗投資

4.2.1 ?燃?xì)?/p>

根據(jù)當(dāng)?shù)厝細(xì)鈨r(jià)格，其中相關(guān)價(jià)格單價(jià)和價(jià)格用量如表2所示。

4.2.2 ?用電

當(dāng)代實(shí)行時(shí)電價(jià)方式，其中35KV作為中間值，平均用電、峰值價(jià)格為0.95元/千瓦時(shí);非夏季時(shí)段為0.90千瓦/小時(shí)，當(dāng)超出規(guī)定值范圍時(shí)，夏季時(shí)段為0.72元/千瓦時(shí)，非夏季時(shí)段為0.70元/千瓦時(shí)。

4.2.3 ?蒸汽價(jià)格

根據(jù)工廠建設(shè)分析，工廠使用的聯(lián)網(wǎng)蒸汽價(jià)格為355元/噸。

4.4 ?相關(guān)經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)用電量、相關(guān)蒸汽使用量，以及方案經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，該項(xiàng)目適用于電價(jià)峰、平時(shí)間段運(yùn)行，相關(guān)分布式功能系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益分析如表3所示。

通過以上分析可知，本小型燃機(jī)分布式供能系統(tǒng)設(shè)計(jì)收益值為7385.66萬元，估計(jì)理論靜態(tài)投資回收期在3.54a左右。

4.5 ?相關(guān)環(huán)境效益和資金補(bǔ)貼分析

本次項(xiàng)目采用的主要能源是天然氣，其產(chǎn)生的環(huán)境污染比其他燃料要小，且能減少大氣中含硫物和含氮物的影響，降低粉塵污染，該項(xiàng)目對社會(huì)環(huán)境有良性影響。除此之外，該項(xiàng)目的運(yùn)行很大程度是依靠工業(yè)推動(dòng)和技術(shù)創(chuàng)新。因此，結(jié)合國家相關(guān)政策，本項(xiàng)目建設(shè)能獲得一定的政府資金補(bǔ)貼。

5 ?結(jié) ?論

綜上所述，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)遵循了相關(guān)能源綜合利用和梯度使用原則，該技術(shù)在發(fā)電特征和供熱原理基礎(chǔ)上，還全面綜合地考慮了能源使用和生產(chǎn)耗能的現(xiàn)狀，對優(yōu)化系統(tǒng)配置和運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。本文結(jié)合A廠相關(guān)案例對小型燃機(jī)分布式供能系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并探究了其經(jīng)濟(jì)效益和使用可行性，并在最后結(jié)合小型燃機(jī)分布式功能系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用特征，對其作出了經(jīng)濟(jì)效益分析，這為提升公司運(yùn)行效益和工業(yè)環(huán)境建設(shè)提供了良好的示范。希望未來能有更多的類似企業(yè)將小型燃機(jī)分布式供能系統(tǒng)投入生產(chǎn)使用，為企業(yè)建設(shè)和我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造更多收益。

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作者簡介：陳云峰（1980-），男，漢族，內(nèi)蒙古人，副總經(jīng)理，工程師，學(xué)士，研究方向：清潔發(fā)電及新能源。