分布式供能系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

分布式供能系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展

近年來，天然氣和熱能產(chǎn)業(yè)的聯(lián)合應(yīng)用，尤其是中小型氣、電、冷三焦，即分布供能系統(tǒng)，已成為當(dāng)前氣應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢。這種技術(shù)已經(jīng)在許多發(fā)達(dá)國家廣泛使用。在中國,熱電聯(lián)產(chǎn)也有了快速的發(fā)展。表1為在中國已建成運行的分布式供能系統(tǒng)示范工程的地點和主要設(shè)備情況。在對分布式供能系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行綜述的基礎(chǔ)上,本文重點研究了建設(shè)某培訓(xùn)中心的基于小型燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)供機(jī)組的分布式供能站,將部分建筑物的能源系統(tǒng)改造成為分布式冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。主要從機(jī)組選型、熱電特征設(shè)計以及工程設(shè)想等方面進(jìn)行了具體的研究。1培訓(xùn)中心的溫暖現(xiàn)狀(1)kv配電站—接線情況現(xiàn)狀某培訓(xùn)中心位于閔行區(qū)劍川路、莘奉高速公路附近,目前該地區(qū)附近的35kV變電站有35kV春陽站、35kV交大站、35kV劍川站。站內(nèi)現(xiàn)有主變壓器容量均為3×20MVA,出線電壓等級為35kV和10kV。培訓(xùn)中心內(nèi)現(xiàn)有2座10kV配電站,西部校區(qū)配電站內(nèi)現(xiàn)配有2臺主變,變壓器容量為1250kVA+630kVA,出線電壓等級為10kV和0.4kV。目前中心主要由交13、申5兩路10kV進(jìn)線供電。交13架空線路來自35kV交大站,通過線路支接方式分別為東、西部配電站提供電源。申5電纜進(jìn)線來自10kV申靈開關(guān)站,申靈開關(guān)站通過兩回線路從35kV劍川站受電,申5電纜進(jìn)線采用環(huán)進(jìn)環(huán)出方式分別為東、西部配電站提供電源。主接線方案如下:發(fā)電機(jī)經(jīng)一段電纜接入10kV西部配電站內(nèi)現(xiàn)有400V母線上,通過配電站的10kV進(jìn)線并網(wǎng)。機(jī)組投運后,培訓(xùn)中心部分負(fù)荷將由機(jī)組出力直接供給(見圖1)。由于培訓(xùn)中心負(fù)荷主要為照明負(fù)荷、空調(diào)負(fù)荷等,在夜間負(fù)荷較輕,因此在負(fù)荷較小時需適當(dāng)減少發(fā)電機(jī)組出力或調(diào)整運行方式,以保證不向上級系統(tǒng)倒送電力。(2)空調(diào)負(fù)荷的分配根據(jù)培訓(xùn)中心現(xiàn)有的熱負(fù)荷調(diào)查,在東校區(qū)綜合樓內(nèi)的鍋爐房里有3臺容量為1t/h的燃油鍋爐,主要向東部浴室、餐廳、招待所等供熱,鍋爐房每天5:00～21:00需要開啟2臺鍋爐來滿足用熱要求,鍋爐的供汽參數(shù)為0.7MPa,170℃。鍋爐房除了春節(jié)期間學(xué)校放假2個星期,幾乎天天在兩班制運轉(zhuǎn),年運行小時數(shù)可達(dá)5600h左右。2006年這3臺鍋爐的全年柴油耗量為206t,按鍋爐效率為80%折算成蒸汽量,全年供汽量為2600t。根據(jù)鍋爐年供汽量和年運行小時數(shù)折算成年平均負(fù)荷為0.464t/h,根據(jù)每天開2臺爐的運行現(xiàn)狀估計目前東部校區(qū)的最大用汽量接近2t/h。西部學(xué)員公寓樓選用了2臺制冷量為530kW的風(fēng)冷熱泵機(jī)組作為整棟建筑的冷熱源;熱水負(fù)荷由2臺額定熱負(fù)荷為530.2kW的燃?xì)忮仩t供應(yīng)。由于學(xué)員公寓樓已經(jīng)安裝了風(fēng)冷熱泵機(jī)組,且離供能站較遠(yuǎn),故僅考慮向其提供蒸汽,接至學(xué)員公寓樓后經(jīng)板式交換器后出來的熱水接入現(xiàn)由燃?xì)忮仩t供應(yīng)的熱水系統(tǒng)中。為提高熱電聯(lián)供機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性,考慮采用1臺349kW雙效蒸汽溴化鋰吸收式制冷機(jī)供應(yīng)游泳館和綜合樓食堂的空調(diào)負(fù)荷。根據(jù)以上情況,相比2006年底,培訓(xùn)中心目前除了綜合樓鍋爐房年供熱量為2600t的熱負(fù)荷外,新增的熱負(fù)荷主要包括游泳館和綜合樓食堂的空調(diào)負(fù)荷;游泳館和學(xué)員公寓樓的熱水負(fù)荷。3幢建筑物合計新增的蒸汽量最大負(fù)荷為2.275t/h,出現(xiàn)在冬季的白天;最小負(fù)荷為0.611t/h,出現(xiàn)在夏季負(fù)荷的晚上;平均負(fù)荷按照不同季節(jié)的加權(quán)平均約為1.13t/h?，F(xiàn)鍋爐房最大供熱量接近2t/h,3幢建筑物合計新增的最大蒸汽負(fù)荷為2.275t/h,合計最大蒸汽負(fù)荷在4t/h左右;現(xiàn)鍋爐房平均負(fù)荷為0.464t/h,3幢建筑物新增平均負(fù)荷為1.13t/h,合計平均負(fù)荷為1.594t/h;現(xiàn)鍋爐房晚上停爐,故最小負(fù)荷為0,新增最小負(fù)荷為0.611t/h,合計平均負(fù)荷也為0.611t/h。2設(shè)計的特點是加熱功能的設(shè)計(1)發(fā)電機(jī)、余熱鍋爐在設(shè)計過程中,分布式供能系統(tǒng)的主體工程包括燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、余熱鍋爐及控制室。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、余熱鍋爐等均布置在分布式供能站內(nèi)。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、余熱鍋爐基礎(chǔ)為新建鋼筋混凝土剛性基礎(chǔ),天然地基。此外,空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)備也布置在分布式供能站內(nèi)。圖2為設(shè)計的分布式供能站的系統(tǒng)圖。(2)余熱鍋爐低熱值的煙氣余熱利用的必要性根據(jù)設(shè)計熱負(fù)荷的分析中,可知熱電聯(lián)供機(jī)組余熱產(chǎn)汽量在1t/h左右機(jī)組的年利用率最高,故選擇1臺英格索蘭MT250機(jī)組即可滿足要求,其內(nèi)置天然氣增壓裝置,自用電量較小,機(jī)組結(jié)構(gòu)緊湊,當(dāng)機(jī)組的配置余熱鍋爐產(chǎn)生1t/h的蒸汽時,余熱鍋爐的排煙溫度大約在120℃左右,為了最大程度的利用余熱節(jié)約能源,考慮在余熱鍋爐排煙煙道加裝一套熱水系統(tǒng),以將余熱鍋爐的排煙溫度降至80℃左右,同時還可以回收約1.33t/h左右的70℃熱水,回收的熱量也相當(dāng)于0.11t/h的蒸汽供出的熱量。(3)天然氣管道采用密集式天然氣管道,從主干線上接出天然氣管道該工程以天然氣為燃料。與原燃油鍋爐相比,燃料成本大大降低,同時也減少了對環(huán)境的污染,天然氣管道從上海市天然氣管網(wǎng)主干線上接出。天然氣管網(wǎng)主干線的輸氣壓力為0.4MPa。(4)化學(xué)補充水的供給中心燃用的天然氣進(jìn)廠壓力約為0.4MPa。天然氣經(jīng)分離、過濾和計量后,再經(jīng)過機(jī)組內(nèi)置增壓機(jī)加壓進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室燃燒,產(chǎn)生高溫?zé)煔?進(jìn)入燃機(jī)作功。燃機(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐放出熱量后排向大氣。余熱鍋爐的化學(xué)補充水由設(shè)在綜合樓原鍋爐房邊東側(cè)水處理室里的軟化水箱供出,軟化水箱的容量為12m3,有多余的軟化水出力供應(yīng)給供能站的余熱鍋爐。化學(xué)補充水一路經(jīng)給水泵后打入設(shè)置在余熱鍋爐尾部煙道的省煤器后至鍋筒、蒸發(fā)器后產(chǎn)生0.8MPa的飽和蒸汽接至分汽缸,從分汽缸接出的蒸汽管道送至各蒸汽用戶,供能站的分汽缸還將引出一路蒸汽管路與現(xiàn)有鍋爐房的分汽缸連通。對于需要空調(diào)冷水的用戶來說,蒸汽將提供給溴化鋰制冷機(jī)組供出冷水。另一路經(jīng)給水泵后打入設(shè)置在余熱鍋爐排煙煙道處的熱水器后產(chǎn)生熱水。鍋爐熱水系統(tǒng)產(chǎn)生的熱水先打入熱水箱,再經(jīng)熱水泵送至各熱水用戶。(5)分布式供能控制系統(tǒng)在燃?xì)鈾C(jī)組分布式供能站項目中設(shè)有如下工藝系統(tǒng):1套250kW燃?xì)廨啓C(jī)組、1臺1t/h余熱鍋爐及其輔助系統(tǒng)等,并為上述工藝系統(tǒng)配備一套完整、可靠的儀表與控制設(shè)備及確定一套完善的控制策略,保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運行。在分布式供能站房內(nèi)的零米層設(shè)一個集中控制室。在集中控制室內(nèi)布置PLC+CRT(操作員站),不設(shè)常規(guī)儀表盤。在集中控制室內(nèi)能實現(xiàn)機(jī)組啟?；蚩焖賳⑼！⑦\行工況監(jiān)視和調(diào)整以及事故處理等。分布式供能系統(tǒng)采用一套可編程序