分布式供能系統的應用與發展

近年來，天然氣和熱能產業的聯合應用，尤其是中小型氣、電、冷三焦，即分布供能系統，已成為當前氣應用技術的發展趨勢。這種技術已經在許多發達國家廣泛使用。在中國,熱電聯產也有了快速的發展。表1為在中國已建成運行的分布式供能系統示范工程的地點和主要設備情況。在對分布式供能系統國內外發展現狀進行綜述的基礎上,本文重點研究了建設某培訓中心的基于小型燃氣輪機熱電冷聯供機組的分布式供能站,將部分建筑物的能源系統改造成為分布式冷熱電三聯供系統。主要從機組選型、熱電特征設計以及工程設想等方面進行了具體的研究。1培訓中心的溫暖現狀(1)kv配電站—接線情況現狀某培訓中心位于閔行區劍川路、莘奉高速公路附近,目前該地區附近的35kV變電站有35kV春陽站、35kV交大站、35kV劍川站。站內現有主變壓器容量均為3×20MVA,出線電壓等級為35kV和10kV。培訓中心內現有2座10kV配電站,西部校區配電站內現配有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電纜進線來自10kV申靈開關站,申靈開關站通過兩回線路從35kV劍川站受電,申5電纜進線采用環進環出方式分別為東、西部配電站提供電源。主接線方案如下:發電機經一段電纜接入10kV西部配電站內現有400V母線上,通過配電站的10kV進線并網。機組投運后,培訓中心部分負荷將由機組出力直接供給(見圖1)。由于培訓中心負荷主要為照明負荷、空調負荷等,在夜間負荷較輕,因此在負荷較小時需適當減少發電機組出力或調整運行方式,以保證不向上級系統倒送電力。(2)空調負荷的分配根據培訓中心現有的熱負荷調查,在東校區綜合樓內的鍋爐房里有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,鍋爐的供汽參數為0.7MPa,170℃。鍋爐房除了春節期間學校放假2個星期,幾乎天天在兩班制運轉,年運行小時數可達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。根據鍋爐年供汽量和年運行小時數折算成年平均負荷為0.464t/h,根據每天開2臺爐的運行現狀估計目前東部校區的最大用汽量接近2t/h。西部學員公寓樓選用了2臺制冷量為530kW的風冷熱泵機組作為整棟建筑的冷熱源;熱水負荷由2臺額定熱負荷為530.2kW的燃氣鍋爐供應。由于學員公寓樓已經安裝了風冷熱泵機組,且離供能站較遠,故僅考慮向其提供蒸汽,接至學員公寓樓后經板式交換器后出來的熱水接入現由燃氣鍋爐供應的熱水系統中。為提高熱電聯供機組的經濟性,考慮采用1臺349kW雙效蒸汽溴化鋰吸收式制冷機供應游泳館和綜合樓食堂的空調負荷。根據以上情況,相比2006年底,培訓中心目前除了綜合樓鍋爐房年供熱量為2600t的熱負荷外,新增的熱負荷主要包括游泳館和綜合樓食堂的空調負荷;游泳館和學員公寓樓的熱水負荷。3幢建筑物合計新增的蒸汽量最大負荷為2.275t/h,出現在冬季的白天;最小負荷為0.611t/h,出現在夏季負荷的晚上;平均負荷按照不同季節的加權平均約為1.13t/h。現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荷為2.275t/h,合計最大蒸汽負荷在4t/h左右;現鍋爐房平均負荷為0.464t/h,3幢建筑物新增平均負荷為1.13t/h,合計平均負荷為1.594t/h;現鍋爐房晚上停爐,故最小負荷為0,新增最小負荷為0.611t/h,合計平均負荷也為0.611t/h。2設計的特點是加熱功能的設計(1)發電機、余熱鍋爐在設計過程中,分布式供能系統的主體工程包括燃氣輪機發電機組、余熱鍋爐及控制室。燃氣輪機發電機組、余熱鍋爐等均布置在分布式供能站內。燃氣輪機發電機組、余熱鍋爐基礎為新建鋼筋混凝土剛性基礎,天然地基。此外,空調制冷系統的設備也布置在分布式供能站內。圖2為設計的分布式供能站的系統圖。(2)余熱鍋爐低熱值的煙氣余熱利用的必要性根據設計熱負荷的分析中,可知熱電聯供機組余熱產汽量在1t/h左右機組的年利用率最高,故選擇1臺英格索蘭MT250機組即可滿足要求,其內置天然氣增壓裝置,自用電量較小,機組結構緊湊,當機組的配置余熱鍋爐產生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約能源,考慮在余熱鍋爐排煙煙道加裝一套熱水系統,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,同時也減少了對環境的污染,天然氣管道從上海市天然氣管網主干線上接出。天然氣管網主干線的輸氣壓力為0.4MPa。(4)化學補充水的供給中心燃用的天然氣進廠壓力約為0.4MPa。天然氣經分離、過濾和計量后,再經過機組內置增壓機加壓進入燃氣輪機燃燒室燃燒,產生高溫煙氣,進入燃機作功。燃機排氣進入余熱鍋爐放出熱量后排向大氣。余熱鍋爐的化學補充水由設在綜合樓原鍋爐房邊東側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給供能站的余熱鍋爐。化學補充水一路經給水泵后打入設置在余熱鍋爐尾部煙道的省煤器后至鍋筒、蒸發器后產生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有鍋爐房的分汽缸連通。對于需要空調冷水的用戶來說,蒸汽將提供給溴化鋰制冷機組供出冷水。另一路經給水泵后打入設置在余熱鍋爐排煙煙道處的熱水器后產生熱水。鍋爐熱水系統產生的熱水先打入熱水箱,再經熱水泵送至各熱水用戶。(5)分布式供能控制系統在燃氣機組分布式供能站項目中設有如下工藝系統:1套250kW燃氣輪機組、1臺1t/h余熱鍋爐及其輔助系統等,并為上述工藝系統配備一套完整、可靠的儀表與控制設備及確定一套完善的控制策略,保證機組安全、經濟運行。在分布式供能站房內的零米層設一個集中控制室。在集中控制室內布置PLC+CRT(操作員站),不設常規儀表盤。在集中控制室內能實現機組啟停或快速啟停、運行工況監視和調整以及事故處理等。分布式供能系統采用一套可編程序