关于9E级燃机冷热电联供研究

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【摘要】：通过对深圳地区的 9E机组实施冷、热、电三联供的改造，实现能源的梯级利用，可以实现9E机组的热效率的提高，按照国家节能减排的政策，有利于国家低碳产业的发展，减轻环保压力，开拓出一种解决解决该类企业的后续生存的方案。实现该类机组资产的最优的利用，避免该类电厂闲置、倒闭带来的大量财物的浪费和损失。

【关键词】：9E级燃气发电机组 冷、热、电三联供 技术分析 经济性分析 可行性

1、 深圳某电厂概况

深圳某电厂总占地面积10.3公顷，其中现有两套9E发电机组占地3.9公顷，后勤宿舍基地占地1.1公顷，尚有5.3公顷土地作为企业后备发展之用。该电厂成立于1994年，电厂的现有装机容量为360MW，两套以美国GE公司PG9171E型燃气轮机为基础配套哈尔滨汽轮机厂的汽机和杭州锅炉厂的余热锅炉，构成1+1+1建制的燃气―蒸汽联合循环单元发电机组，容量为2×180MW，于2004年投入运行。近期燃油改燃天然气后，根据电厂的规划，为满足当地经济发展需要和金融基地的制冷需求，计划再安装2套9F级的燃气―蒸汽联合循环机组。

2、 冷、热、电联产改造方案对比选择

2.1方案一（采用蒸汽介质输送）

（1）水力计算

一期工程蒸汽起点参数：P=1.3MPa、T=300℃、Q=75t/h。从某电厂出口至第一制冷站入口的一期工程蒸汽管网长度为4425m，蒸汽管段局部阻力系数为91（根据统计得出），架空蒸汽管道采用δ=120mm厚的超细玻璃棉机制管壳进行保温，外包镀锌薄铁皮，蒸汽管保温外表温度取40℃，深圳市平均风速取2m/s。

将上述数值输入蒸汽管网的电算程序得出：在蒸汽管径为DN529×8时，蒸汽管网末端（制冷站前）蒸汽压力P=1.0544Mpa，温度T=275.02℃。

（2）蒸汽管道敷设方式及补偿保温方式

为运行安全，维护方便，本工程采用混凝土门型低支架架空敷设，同时考虑二期蒸汽管网的管位，要求热力管网过障碍（穿越铁路和公路）时采用顶管穿越方式。蒸汽管道原则上采用球形补偿器补偿，在管道上、下翻处采用“大拉杆”补偿器进行补偿。架空蒸汽管道采用δ=120mm厚的超细玻璃棉机制管壳保温，外包镀锌薄铁皮护层。在穿越障碍处的直埋蒸汽管道一般采用钢套管直埋式敷设管道。

凝结水管道采用与蒸汽管道同架架空敷设方式，采用δ=50mm厚的超细玻璃棉机制管壳保温，并外包镀锌铁皮外护层。

2.2方案二（采用高温热水管道输送方案）

（1）水力计算

1.3MPa（相对压力）蒸汽的饱和温度为195℃，考虑到目前市场的热水直埋管道保温材料的限制，建议在换热首站内经热交换成157℃高温热水，回水温度为90℃。100t/h蒸汽能折合成的高温水流量为900t/h，本项目选用热水管道管径为DN600，管道单程长度为4425m，管道粗糙度取K=0.5mm，管道局部阻力取30%，经计算，热水管道的比摩阻λ=1.13mm/m，热水管道单程阻力为：P单=4425×1.3×1.13=6500mmH2O，供回水双程管道总阻力为P双=13mH2O

（2）换热首站设计

换热首站设在某电厂内，首站建筑面积：S=L×B=42.0×19.5=819，首站占地面积：S’=865。

热水系统流量为Q=900t/h，系统阻力 H=管网阻力+换热首站内阻力+制冷站资用压头=13m+18m+18m=49mH2O。

换热首站的循环水泵选择（一用一备方式）：水泵型号：350S75B，Q=1080t/h，H=55mH2O，η=82%， N=220KW，n=1450

（3）热水管道敷设方式及补偿方式

高温热水管道选用改性聚氨酯复合保温管，管道质量应符合CJ/T114-2000标准，采用保温层厚度50mm，聚氨酯密度应不小于60kg/m3，发泡闭孔率90%以上。

热水管网采用无补偿直埋敷设方式，原则上全线不设置补偿器，要求热水管道焊口部分进行与管道同等要求的补口处理。

两种不同的方案比较情况如下表1-1所示

表1-1方案比较表

比较项目 方案1

（蒸汽方案） 方案2

（高温热水方案） 单项优选

一次投资费用（万元） 3450万元 4080万元 方案1

输送用电量 无 52.8万度 方案1

建筑面积 无 819 方案1

输送管线热损失 较大 较小 方案2

运行管理人员 5人 11人 方案1

综合比较 推荐方案 比较方案 方案1

通过分析，由表中数据分析可以看出，方案1的工程投资较少，配置的运行人员较少，又没有介质输送电耗，所以改造方案推荐方案1（蒸汽方案）。

2.3节能改造具体实施

按照方案一规划，深圳某电厂的S109E燃气-蒸汽联合循环冷、热、电联供能源梯级利用工艺流程为：天然气燃料在燃气轮机燃烧室内燃烧产生1124℃高温燃气，推动透平做功，发电126MW（能源一级利用）；545℃高温排气进入余热锅炉，加热盘管内的蒸汽，5.6Mpa、527℃的高压蒸汽进入汽轮机高压缸，与进入汽轮机11级后补汽口的0.56Mpa、255℃低压蒸汽，共同推动汽机做功和发电（能源二级利用）；从汽轮机6级后抽汽口进行抽汽，1.3Mpa、300℃的蒸汽通过管网输送至金融产业服务基地进行溴化锂制冷，冷冻水供应到园区各空调用户（能源三级利用）；溴化锂制冷的85℃凝结水通过板式换热器加热自来水，供园区生活用热水（60℃）及用移动供热车进行远程供生活用热水（能源四级利用），这样实现能源的梯级利用。

3、 冷、热、电联产节能改造分析

3.1 机组改造设计分析

节能改造根据金融产业服务基地的建设周期，分两期建设完成，其中一期工程建设通过利用某电厂现有的2套发电机组，在冷、热、电联产改造基础上，从每台机组抽出1.3MPa压力（相对压力），温度300℃，75t/h的低压蒸汽，通过建设一根φ5298的蒸汽管道，把低压蒸汽输送到金融产业服务基地一期工程的集中制冷站（第一制冷站），实现对一期项目建筑的冷、热需求。二期工程通过铺设φ7208的蒸汽管线，输送到金融产业基地的第二制冷站，实现对二期、三期项目建筑的冷、热需求。第一制冷站建成后，预计可以实现供冷面积打100万平方米，供热用户未1.4万人，总冷负荷为8.7万kW；第二、三制冷站建成后，预计可以实现供冷面积为150万平方米，供热用户为3万人，估算冷负荷为14.3万kW。

3.2 冷、热、电规划分析

深圳金融产业基地内建筑包括办公建筑、商业建筑、酒店等多种类型。本项目通过根据不同类型建筑各自的建筑特点分别进行建模，计算冷负荷及预测售冷量。

综合用地性质及建筑功能，将地块内建筑分为商场、普通办公楼、高级办公楼、普通酒店和高级酒店等几大类。

金融产业服务基地一期建设集中供冷建筑面积为100万，估算总冷负荷为8.7万kW，预计需要蒸汽75t/h；二三期建设集中供冷建筑面积为150万，估算冷负荷为14.3万kW，预计需要蒸汽115t/h。深圳某电厂现有的2套机组基本满足一期工程的要求，同时采用冰蓄冷或蓄冷冻水等蓄能技术，这样能够提高系统的可靠性，又能较好地解决日夜间冷负荷存在的不平衡问题。

3.3 经济效益分析

深圳市天然气购入价格较高，电力销售远价格低于天然气价格，导致不同机型冷、热、电三联产系统在大部分天然气可能的价格区间内较难完成经济运营和完成投资回收，天然气成本对于CCHP的经济性有重要的影响

燃气轮机技术比较成熟，其容量和供热量都较大，系统单位功率投资相对较小，运行维护费用低、总效率、系统可靠性高、供热品质好，因此对9E机组进行冷、热、电联产改造对系统的经济性有很大的提高，是科学、合理的。

本项目实施后，天然气的能源综合利用效率能提高18.1%，很大程度上节约了能源，提高了能源的利用率。根据国家计委、国家经贸委、建设部、国家环保总局印发的“关于发展热电联供的规定，燃气―蒸汽联合循环热电联供系统应符合总热效率55%，热电比年平均应大于30%的指标要求”，某电厂现有的2台汽机通过改造，每台机组可抽汽75t/h，热电比可达37.8%，本项目热经济指标符合国家对热电联供的标准要求。

4、结论

本项目将利用深圳某电厂天然气发电机组所产生的余热蒸汽通过管网向附近的金融产业服务基地进行制冷，以效率更高的大型区域供冷系统替代传统的分散式空调系统。深圳某电厂现有的2套机组基本满足一期工程的要求，同时采用冰蓄冷或蓄冷冻水等蓄能技术，这样能够提高系统的可靠性，又能较好地解决好由于冷热不平衡引起的问题。

参考文献

[1] 江丽霞，金红光.冷、热、电三联供系统特征分析与设计优化研究.工程热物理学报，2002 ；23 （增刊）

[2] 孔祥强，王如竹，李瑛等.基于热气机分布式冷、热、电联供效益分析[J].中国建设信息，2005（4）：24-28

[3] 王亚茹，陆亚俊.热电冷联产系统的能耗分析[J].哈尔滨建筑大学学报，2000，33（5）：90-94