小型燃機分布式供能系統設計及經濟效益探討

陳云峰 高帥

摘 ?要：作為當代工業較為普遍的分布式供熱系統，小型燃機分布式功能系統有著較好的環境效益和能源綜合利用率。因此，小型燃機分布式功能系統比傳統集中電站更容易被相關企業工廠運用。本文結合相關項目建設案例，針對小型燃機分布式功能系統進行設計分析，對其產生的經濟效益和特征進行了一定闡述，希望能夠給相關領域的工業提供借鑒。

關鍵詞：工業;小型燃機分布式功能系統;建設案例;經濟效益

中圖分類號：TU83 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）05-0155-03

Abstract：As a common distributed heating system in contemporary industry，the distributed function system of small gas turbine has better environmental benefits and comprehensive utilization of energy. Therefore，the small gas turbine distributed function system is easier to be used by relevant enterprises than the traditional centralized power plant. In this paper，combined with relevant project construction cases，the design and analysis of distributed function system for small gas turbine are carried out，and the economic benefits and characteristics of the system are expounded，hoping to provide reference for Industry in related fields.

Keywords：industry;distributed functional system of small gas engine;construction case;economic benefit

0 ?引 ?言

近年來，隨著我國經濟建設和能源開發，分布式功能系統被廣大企業和工廠運用。作為一種提高能源綜合利用率的設備，該功能系統借助天然氣、沼氣、焦爐煤氣等燃料系統，結合一些中小型發電機組，如燃氣內燃發電機組、微型燃機發電機組，與一些“余熱鍋爐”或換熱器配套使用。按照能源的階梯利用原理能夠綜合提升能源利用率，從而實現負荷中心周圍的綜合供應。本文結合某工廠廠區小型燃機分布式系統項目案例，分析其設計特征和經濟性的優勢。

1 ?分布式功能系統類型

按照相關分布式功能系統和電網的運行特征，可以分為“聯網上網”、“并網不上網”、“獨立無網”等類型。分析建筑類型可以將其分為“大型建設”、“公共建筑”、“獨立工廠”和“城區綜合”等系統。

2 ?相關小型燃機分布式項目實例分析

2.1 ?項目概況

A廠位于某市工業區，主要工作是汽車生產。該工廠常年用電量較高，且十分穩定。有著穩定的蒸汽負荷功能。在環境建設影響下，當代大力推進用“燃煤鍋爐”以及“清潔能源”代替整個工廠供能運行。對此，企業家和自身電力消耗以及蒸汽負荷建設的需求在保障一定燃氣供應的基礎上，通過方案分析和論證，最終采取小型燃汽輪機方案。

2.2 ?相關負荷分析

2.2.1 ?熱負荷分析

A廠內部已經建成8km總長的蒸汽聯合管道。現已連接內部3個整車廠、發動機廠，形成了鍋爐房為主要供應中心，全區域聯網供汽的條件。據相關數據分析，該裝置運行和全面蒸汽負荷需求有關。在冬季時期，該設備運行為280噸/小時，而夏季需求較低，約為40噸/小時。其中每日周期穩定在兩個小時左右，負荷程度為60噸/小時，用汽點壓力約在0.6Mpa。

2.2.2 ?電負荷分析

為了保障該工廠有穩定的電力功能。該汽車工廠周邊建設兩路35KV的降壓站。每一個降壓站內部設置多臺35KV/10KV變壓器，分別為二廠、三廠發動機供電。據分析，降壓變壓器負荷特征如下：

（1）季節差異。全面不同季節用電耗能差異較大，其中夏冬季節和春秋季節差異最為明顯;

（2）每日差異。每日用電能存在階梯特征。其中辦公時段耗電量達到峰值。通常17點后用電量下降到平均水平。凌晨1點到5點之間用電量開始下降，第二天開始循環用電，且每日用電量呈現波動性特征;

（3）用電設備分析。據統計分析，A廠發動機二廠的兩臺變壓器的電負荷在6012～14126KW之間，其中凌晨時段的電負荷主要集中于5950～8150KW之間，其余時段呈現波動特征，且均高于8000KW。對于三廠而言，三廠全年最低電負荷為1700KW，最高僅為9800KW，凌晨時段用電負荷均在3000～4200KW之間，其余時段不超出5000KW。以此分析，工廠店里進行規劃后，用電負荷會再次增加2000KW。

3 ?系統和工藝分析

3.1 ?系統燃機配置

經過分析之后，A汽車生產廠的相關電力負荷和蒸汽負荷適合小型燃汽輪機發電機組。選取5500～6500KW之間的單機容量，一方面能夠保證機組發出的電力實現自發自用，另一方面能夠利用燃機使用后的余熱蒸汽，綜合提升能源的利用率，帶動項目的經濟建設和降低對環境的影響。結合相關技術進行對比，其中有三項燃氣配置裝置作為備選，現將相關燃機技術參數對比分析如表1所示。

由表1可知，MGT620的燃機發電效率高，蒸汽產量大。同時，西門子SGT-200機型發電效率低，但是蒸汽產量大，而索拉T65燃機發電效率好，但是蒸汽產量相對少。經過綜合對比分析，本項目案例設計選取了MAN的MGT620機組。

3.2 ?余熱鍋爐配置

本項目選取的是蘇州海陸重工生產的余熱鍋爐機，其中標識額定蒸發量為14.3t/h，額定蒸汽參數為1.3Mpa，為195℃余熱鍋爐。配置熱鍋爐和燃機設備數目一致。其中產生的蒸汽一并進入原有蒸汽管網，與原有設備一起運行，以滿足廠區峰值負荷需求。在進行鍋爐處理時，要注意設置相關煙氣旁路，以減少高溫煙氣排除時的安全隱患。

3.3 ?加壓系統

由于市政燃氣管網輸送廠區燃氣壓力為0.85Mpa，為保障整個燃氣系統的供應穩固和完善，需要設置相關燃氣供應加壓系統。該系統由穩壓裝置、計量、監測預警和保護系統裝置構成，整個系統設置有四套加壓系統，其數目和燃機對應。

3.4 ?其他輔助系統

為了保證整個小型燃機分布式供能系統正常運行，本項目還設置了CCHP智能控制系統，安置了一套循環冷卻系統。

3.5 ?相關工藝處理流程

經過相關裝置設備運行設計后，該項目工藝處理流程如圖1所示。

4 ?小型燃機分布式供能系統設計經濟效益分析

4.1 ?功能系統投資設計估算

該項目設計改建需要購置以下設備：

（1）分布式供能站系統;

（2）燃氣管網和室外蒸汽的配套設施;

（3）4臺發電機組;

（4）4臺蒸汽鍋爐和燃氣加壓器;

（5）CCHP智能系統及配套設施。綜合以上造價分析，小型燃機分布式供能系統總造價為2.55*104萬元。

4.2 ?能源消耗投資

4.2.1 ?燃氣

根據當地燃氣價格，其中相關價格單價和價格用量如表2所示。

4.2.2 ?用電

當代實行時電價方式，其中35KV作為中間值，平均用電、峰值價格為0.95元/千瓦時;非夏季時段為0.90千瓦/小時，當超出規定值范圍時，夏季時段為0.72元/千瓦時，非夏季時段為0.70元/千瓦時。

4.2.3 ?蒸汽價格

根據工廠建設分析，工廠使用的聯網蒸汽價格為355元/噸。

4.4 ?相關經濟效益分析

根據用電量、相關蒸汽使用量，以及方案經濟效益進行分析，該項目適用于電價峰、平時間段運行，相關分布式功能系統經濟效益分析如表3所示。

通過以上分析可知，本小型燃機分布式供能系統設計收益值為7385.66萬元，估計理論靜態投資回收期在3.54a左右。

4.5 ?相關環境效益和資金補貼分析

本次項目采用的主要能源是天然氣，其產生的環境污染比其他燃料要小，且能減少大氣中含硫物和含氮物的影響，降低粉塵污染，該項目對社會環境有良性影響。除此之外，該項目的運行很大程度是依靠工業推動和技術創新。因此，結合國家相關政策，本項目建設能獲得一定的政府資金補貼。

5 ?結 ?論

綜上所述，本項目設計遵循了相關能源綜合利用和梯度使用原則，該技術在發電特征和供熱原理基礎上，還全面綜合地考慮了能源使用和生產耗能的現狀，對優化系統配置和運行發揮了重要作用。本文結合A廠相關案例對小型燃機分布式供能系統進行了分析，并探究了其經濟效益和使用可行性，并在最后結合小型燃機分布式功能系統設計使用特征，對其作出了經濟效益分析，這為提升公司運行效益和工業環境建設提供了良好的示范。希望未來能有更多的類似企業將小型燃機分布式供能系統投入生產使用，為企業建設和我國工業經濟創造更多收益。

參考文獻：

[1] 董菁雯.創新型項目立項和決策的框架研究 [D].上海：上海交通大學，2008.

[2] 李旭.內燃機與直燃機聯合的冷熱電三聯供系統優化設計研究 [D].天津：天津大學，2012.

[3] 劉艷麗.小型分布式能源系統的優化設計 [D].太原：太原理工大學，2014.

[4] 陳強.分布式冷熱電聯供系統全工況特性與主動調控機理及方法 [D].北京：中國科學院研究生院（工程熱物理研究所），2014.

[5] 任晶鼎.冷熱電三聯供（CCHP）系統運行分析與監控系統設計 [D].天津：天津大學，2012.

[6] 張云.離網地區小型太陽能分布式供能系統的設計及優化 [D].太原：太原理工大學，2015.

作者簡介：陳云峰（1980-），男，漢族，內蒙古人，副總經理，工程師，學士，研究方向：清潔發電及新能源。