天然氣分布式能源系統余熱利用方式淺析

沈敬平

安徽省產品質量監督檢驗研究院 安徽合肥 230601

1 概述

燃氣的分布式能源供應系統在國外已經取得了一定的成就，然而，在我國，由于能源的開發起步較晚，所以在余熱的利用方式方面尚還處于初期的發展階段，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一步在發展。為此，本篇文章在研究大量文獻和相關的研究調查后完成，通過對分布式能源系統在設計、規劃和發展過程中經常會出現的問題和需要注意的問題進行分析，比如：在進行冷熱電負荷的確定工作、設備的配置和運行工作中、天然氣的供應能力和需求的矛盾方面都存在著一定的問題。因此，為了更好的推動余熱利用方式在我國的應用，需要加強不斷的研究，推動其廣泛的深入的應用。

分布式能源系統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需求。同時，在利用的過程中，還體現了節能、環保、靈活性高、經濟性好的特點，對于人民的天然氣使用和天然氣的供應企業發展都有積極的作用，因此，這種能源的利用方式被得到了廣泛的應用。根據調查和研究發現：在分布式的能源系統利用方式中，各種燃料的電能轉化比僅為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：在該能源系統中，還存在著很多的能源浪費問題。因此，為了更好的提升能源的利用效率，充分的發揮現代化能源的積極作用，需要對能源進行余熱利用處理[1]。

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

2 余熱能量分析

在現階段的能量余熱利用方式中，主要利用到了燃氣輪和內燃機的作用。

2.1 燃氣輪機

現階段中投入使用的燃氣輪機在范圍的劃分上屬于旋轉葉輪式的流體機械。這種機械裝置的運行原理主要是通過壓氣機的作用將空氣進行增壓的處理，從而在整個燃燒室內將內部的燃氣與高壓的氣體進行混合燃燒，從而達到氣體膨脹，帶動發電機運轉的目的。一般來講，發電機在運行過程中的發電效率要保證在20%～38%左右。只有這樣，才能夠使得內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，還需要注意將燃氣和蒸汽進行聯合的循環處理。在處理工作中，煙氣進入到余熱的鍋爐之后，會利用內部的蒸汽系統，提高發電效率。根據研究發現：鍋爐內部產生的蒸汽會帶動汽輪機的迅速運轉，從而更好的提高發電效率，經過蒸汽帶動后的汽輪機發電效率一般可以保障在50%及以上。在利用余熱進行處理時，還可以利用回收到的煙氣來進行重復的利用，這種煙氣主要被利用在制冷工作中，但是，根據煙氣的特性和鍋爐的生產性能，在供熱處理方面也有很好的適用效應[2]。

2.2 內燃機

內燃機在不同的生產活動中有不同的型號，在現階段的天然氣工作中，主要利用的是復活塞式的運用機械這種機械裝置主要利用的是燃料和空間混合之后的易燃性特點。根據燃料和空氣的特性來看，二者都具有一定的可燃性特點，為此，在整個封閉的氣缸內部將二者進行融合，更是增加了易燃性的特性，加大了爆炸的可能性，從而推動活塞開始活動。同時，在活塞開始運動之后，還會相應的帶動內部的連桿機構進行發電處理，帶動發電機器設備的運轉。這時發電機的運行效率能夠達到35%～47%左右，從而穩定了發電性能，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、不同的地區中都會選擇不同的余熱利用方式，我國現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，就是利用余熱內部的焓，通過固定的機械設備而進行能量交換的行為方式，在最終的交換工作結束之后，能量會被自動的轉化為生產過程中所需要的蒸汽和熱水。在進行轉化的過程中，需要利用到余熱所用的鍋爐、換熱器等設備，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化率的影響，從而更好的提高品質。很多的工廠中，已經出現了較為成熟的轉化工藝，他們在進行轉化的生產活動中，能夠將低質和高質的能量進行分開處理，從而提升轉化效率。

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

在進行商用的燃氣灶具的余熱利用時，要對其進行準確有效的分析。商用燃氣灶使用過程中，輸入端的能源主要是燃氣燃燒所產生的熱量。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、 燃氣不完全燃燒部分的損失能量、煙氣帶走余熱以及和設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，通常以在鍋內加入一定量的水吸收的熱量。通過研究發現，在實際產品使用中，燃氣不完全燃燒部分的損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400℃以上。一套完善的商用燃氣灶余熱回收利用裝置主要由煙氣換熱器、儲水箱、冷、熱水循環系統等構成。燃氣會在燃燒的過程中產生大量的高溫煙氣，而這些余熱（廢熱）不能夠被烹飪利用過的水吸收。為此，可以采取讓煙道內余熱回收利用裝置充分吸收這些高溫煙氣所帶走的余熱（廢熱）。其工作過程為冷水進入煙氣換熱器，與高溫煙氣進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 余熱利用設備配置原則

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

4.1 匹配負荷原則

匹配負荷原則是進行余熱處理設備裝置工作的前提和基礎，在進行設備的配置工作中，首先需要選定匹配的負荷指數開展工作。根據分布式能源系統的核心特點來看，其主要是為了能夠讓就近的用戶滿足基本的能源需求，從而減少能源運輸的時間，降低在運輸過程中所造成的各種能源消耗。因此，在選擇各項設備和燃機的過程中，需要綜合以往的相關經驗和數據，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 余熱優先原則

根據分布式能源系統的相關規則和規定來看，在進行設備的配置工作中，需要按照以熱定電的原則，開展相應的工作。根據該原則的相關規定，在進行設備的配置工作中，需要充分的保障各項設備的電量和余熱量穩定在沖則的狀況下，高效的開展余熱轉化工作，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

在進行配置的工作中，可能會由于某個部件的缺失而導致相應的工作無法開展，在這過程中，就會有許多的工作人員選擇放棄，指導、直到尋找到相應的匹配的部件。雖然這種工作思想能夠在一定程度上確保設備的安全、精準性，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，工作人員可以在進行設備的配置工作中，結合部件的特點和不同的實際狀況、相關的建筑結構特點，對不同的設備進行負荷的特點分析，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的負荷變化，這時的負荷變化相比較于其他時間的負荷變化，呈現出無序、變化速度快的特點，提升了工作難度。

在進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機組的作用。根據研究發現：在進行公共建筑的處理時，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的熱功率，從而更好的滿足需求。

4.4 簡潔高效原則

在進行設備的配置工作中，囊括了眾多的生產環節，為此，工作人員在開展配置工作時，需要耐下心來，仔細思考，對于涉及到的每一環節和每一生產活動都需要進行反復的斟酌。由于涉及到了眾多的能源轉換環節，所以在進行能源的轉換過程中，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 認真分析建設條件

5.1 終端用戶需求

在進行分布式能源系統的建設過程中，首先需要充分的考慮當地用戶的需求。在進行能源站的規劃設計時首先應認真分析、準確計算確定用戶的冷熱電負荷及其變化，而不能簡單地套用某些建筑物工程設計中的有關數據。集氣站作為整個消防管理工作開展的重要組成組分，對于整個管理質量的高低發揮著重要的作用，因此，必須要提高對集氣站位置挑選的重視度。根據集氣站的特點和消防管理的要求，風向較小、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的機構時，要將選址定在上風向的位置。這個位置，如果出現了大風等天氣，因為處在風向較小的地區，所以即使周圍有氣體散發的機構，也不會對其造成太大的影響，降低了危險事故的程度。

同時，還要加強對周圍的建設，因天然氣本身的易燃性特點，很容易對周圍的環境造成影響，因此，周圍的消防部門的設置和消防部隊的駐扎就尤為重要。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事故發生的30分鐘之內到達現場，開展消防工作。在開展消防工作時，一定要按照國家關于石油天然氣工程設計防火規范，保障消防工作的可行性和針對性，能夠發揮其應有的作用。

5.2 加強對消防管理的重視度

做好相應的消防管理之后，要注重對天然氣處理廠站風險管理的重視度。作為風險管理的基礎工作，識別風險是開展風險控制的前提和基礎，唯有明確了風險控制管理工作中可能出現的各項風險，才能夠在后期的工作中加強對風險管控的重視度。為此，在進行風險識別時，工作人員要有足夠的能力對于天然氣處理廠中存在的風險及其影響因素進行準確的判斷，并能夠運用自己的專業能力和現代化設備進行損失估算，最后，要結合對風險的識別與評估，進行風險控制工作。

在開展對天然氣處理廠站風險評估的工作時，可能會運用到眾多的風險評估理論和方法，指數評分法和決策樹分析法是應用較為廣泛的兩種方法。指數評分法最初被應用在管道風險的評估工作中，由于其工作量大、成效低、主觀性強，存在著較大的弊端。這主要表現在進行風險評估的工作時，其主要是利用了過去的相關數據和專家的一些經驗，進行風險的總結，找出各個風險之間存在的共同點，從而確定風險所在。由此可見：這種方法存在著較大的主觀性，不同的風險評估人員可能會對一件事情得出不同的結論，并且，指數評分法尚未建立完善的評價系統，在使用過程中還存在著較大的漏洞。

相比較于指數評分法，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建來進行天然氣處理廠風險的處理，通過建造的模型，使得風險能夠進行直觀的展現。

在對天然氣處理廠站的風險管控影響因素的調查研究中發現：其選址、周圍的環境、管道的設計、各項設備的使用等都會對風險控制管理工作造成一定的影響，因此，在進行在風險控制的工作時，相關的工作人員要利用恰當的安全管理方法實現對天然氣風險的有效管理與控制。例如：工作人員進行不斷的學習、規范設備操作流程、引進先進的技術設備、定期的進行維修等，但是這些效果并不太明顯，而最有效的風險控制舉措是完善的風險控制方案。在任何一項工作開展時，都需要綱領性的文件作為指導，引導整個風險控制管理工作的開展。

為此，在進行方案的設計時，首先要明確廠站的布局和施工地址，對于施工地址的地質狀況、周圍環境等進行明確的勘查和檢測，確保施工的可行性。其次，在進行管線的填埋時，盡量選在地下的位置，避免外界環境對管道的影響。在廠站的建設和運行過程中，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，提高他們對設備的操控力和執行力。

6 結語

在進行余熱處理的過程中，需要綜合考慮多方的因素，根據實際的負荷需求狀況，開展相應的余熱設備處理工作，從而更好的提升能源的使用效率，減少不必要的能源損耗。