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?xì)饫錈犭娙?lián)供在某項(xiàng)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(jiǎn)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?xì)鈾C(jī)組總發(fā)電量為3×2575 kW，峰值時(shí)所需的用電量由市政電網(wǎng)供給。針對(duì)某項(xiàng)目減少二氧化碳排放的要求，進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算比較。

三聯(lián)供 CO2方案選擇

0 前言

燃?xì)饫錈犭娙?lián)供（CCHP，簡(jiǎn)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(jìn)化和發(fā)展，它以機(jī)組更加小型化、分散化的形式布置在用戶附近，同時(shí)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?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、微燃機(jī)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(guò)驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)供冷,同時(shí)，還可提供生活熱水，充分利用了排氣熱量。

我國(guó)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(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)冬季，一方面會(huì)給電網(wǎng)帶來(lái)巨大的壓力，另一方面會(huì)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?xì)馐褂昧?，減少夏季用電空調(diào)的電負(fù)荷，同時(shí)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(duì)自然環(huán)境及人類的影響

隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)及工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，能源的消耗量越來(lái)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(guò)高會(huì)對(duì)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(yáng)輻射能通過(guò)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(gè)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(jìn)一步導(dǎo)致海洋水位上升，淹沒(méi)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(wèn)題已經(jīng)成為制約中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要瓶頸，為此，中國(guó)政府將實(shí)行“建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)、環(huán)境友好型社會(huì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)”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(guó)政府推動(dòng)能源優(yōu)質(zhì)化的重點(diǎn)領(lǐng)域。西氣東輸工程的竣工標(biāo)志著中國(guó)天然氣時(shí)代的開(kāi)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(guó)政府將天然氣的開(kāi)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(jìn)口液化天然氣、東海天然氣開(kāi)發(fā)等大型項(xiàng)目的全面實(shí)施，推動(dòng)了全國(guó)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(lì)三聯(lián)供項(xiàng)目的發(fā)展。到目前為止，已經(jīng)建成了上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)、北京燃?xì)獯髽恰⒈本┤細(xì)饧瘓F(tuán)次渠門(mén)站大樓等多個(gè)項(xiàng)目。

目前，上海某工業(yè)園區(qū)擬建一個(gè)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(duì)保護(hù)環(huán)境有重要意義，因此在該項(xiàng)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(gè)園區(qū)的用電量，即基本的耗電量來(lái)選擇活塞式燃?xì)鈾C(jī)組的發(fā)電量（每套活塞式燃?xì)鈾C(jī)組的發(fā)電量為2575 kW），峰值時(shí)所需的用電量由市政電網(wǎng)供給。本文從節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的角度，對(duì)下述兩種方案進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比。

2.1 方案一

每套活塞式燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組對(duì)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(shí)，余熱回收蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)雙效吸收式制冷機(jī)組獲得的冷量送往工業(yè)園區(qū)，活塞式燃?xì)獍l(fā)電機(jī)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(shí)所需的冷量由機(jī)械式制冷機(jī)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(shí)，余熱回收蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)板式換熱器獲得的熱水，與活塞式燃?xì)獍l(fā)電機(jī)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(shí)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(fù)荷及園區(qū)所需的蒸汽量來(lái)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(shí)，這部分冷量需由機(jī)械式制冷機(jī)提供。

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

此方案對(duì)應(yīng)原整個(gè)工業(yè)園區(qū)的水、電（能源中心三聯(lián)供機(jī)組耗電量）、蒸汽、天然氣消耗量見(jiàn)表1。

圖1 方案一流程

表1 方案一對(duì)應(yīng)的水、電、蒸汽、天然氣消耗量

2.1.1 熱效率計(jì)算

（1）冬季峰值熱效率計(jì)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(jì)算

夏季時(shí)，只需要直燃式蒸汽鍋爐70%的熱負(fù)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(jì)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(jì)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?xì)獍l(fā)電機(jī)組對(duì)應(yīng)一套補(bǔ)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(shí)，余熱回收蒸汽鍋爐產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)雙效吸收式制冷機(jī)組獲得的冷量送往工業(yè)園區(qū)，活塞式燃?xì)獍l(fā)電機(jī)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(shí)所需的冷量由機(jī)械式制冷機(jī)組調(diào)節(jié)，工業(yè)園區(qū)夏季所需的蒸汽由補(bǔ)充燃料及空氣的煙氣余熱回收蒸汽鍋爐供給；冬季時(shí)，補(bǔ)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(guò)板式換熱器獲得的熱水，與活塞式燃?xì)獍l(fā)電機(jī)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(shí)，這部分冷量需由機(jī)械式制冷機(jī)提供。補(bǔ)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(fù)荷及園區(qū)所需要的蒸汽量來(lái)確定的。雙效吸收式制冷機(jī)組的能力是根據(jù)夏季基本冷負(fù)荷來(lái)選擇的；機(jī)械式制冷機(jī)組的能力是根據(jù)夏季園區(qū)所需最大冷負(fù)荷與雙效吸收式制冷機(jī)的能力的差值來(lái)確定的。方案二的流程見(jiàn)圖2。

圖2 方案二流程

此方案對(duì)應(yīng)的整個(gè)工業(yè)園區(qū)的水、電（能源中心三聯(lián)供機(jī)組耗電量）、蒸汽、天然氣消耗量見(jiàn)表2。

表2 方案二對(duì)應(yīng)的水、電、蒸汽、天然氣消耗量

續(xù)表

2.2.1 熱效率計(jì)算

（1）冬季峰值熱效率計(jì)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(jì)算

消耗天然氣所提供的能量：

夏季只有兩臺(tái)補(bǔ)充燃料及空氣余熱鍋爐需要補(bǔ)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(jì)算

（1）夏季二氧化碳排放量計(jì)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(yǔ)

由上述計(jì)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(bǔ)充燃?xì)饧翱諝庥酂徨仩t產(chǎn)生的蒸汽能夠滿足冬季熱負(fù)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(jī)的能力較方案一的大，機(jī)械式制冷機(jī)的臺(tái)數(shù)及能力均有所減少；方案一的設(shè)備總臺(tái)數(shù)約為24臺(tái)，方案二的設(shè)備總臺(tái)數(shù)約為20臺(tái)，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(tái)數(shù)減少，設(shè)備的維護(hù)成本也因此減少。

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

綜上所述，方案二優(yōu)于方案一，因此本項(xiàng)目最終選擇方案二進(jìn)行項(xiàng)目報(bào)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(jì)工作