燃气冷热电三联供在某项目中应用的方案选择

肖秀枝

连云港沃利帕森技术有限公司上海分公司 （上海 200001）

工作研究

燃气冷热电三联供在某项目中应用的方案选择

肖秀枝

连云港沃利帕森技术有限公司上海分公司 （上海 200001）

简单介绍了三联供的概念、二氧化碳的影响，着重阐述了三联供在某工业园区的应用及方案选择，燃气机组总发电量为3×2575 kW，峰值时所需的用电量由市政电网供给。针对某项目减少二氧化碳排放的要求，进行了详细的计算比较。

三联供 CO2方案选择

0 前言

燃气冷热电三联供（CCHP，简称“三联供”）属于分布式能源，是传统热电联产的一种进化和发展，它以机组更加小型化、分散化的形式布置在用户附近，同时向用户输出冷、热、电能。

三联供是以天然气为燃料，利用小型燃气轮机、燃气内燃机、微燃机等设备，将天然气燃烧后获得的高温烟气用于发电，再利用余热在冬季供暖；在夏季，通过驱动吸收式制冷机供冷,同时，还可提供生活热水，充分利用了排气热量。

我国大部分地区冬季需要采暖，夏季需要制冷。大量的空调用电使得夏季电负荷远远超过冬季，一方面会给电网带来巨大的压力，另一方面会造成冬季发电设施大量闲置，发电设备和输配设施利用率降低。

采用三联供系统，夏季燃烧天然气制冷，增加夏季的燃气使用量，减少夏季用电空调的电负荷，同时系统的自发电也可以降低大电网（如市政电网）的供电压力。

1 二氧化碳对自然环境及人类的影响

随着社会的进步，科学及工业现代化的发展，能源的消耗量越来越多。但目前所消耗的能源主要是固体燃料、液体燃料、气体燃料等，这些燃料完全燃烧所产生的废气主要是二氧化碳。大气中二氧化碳含量过高会对自然环境及人类产生以下影响：

大气中的二氧化碳可使大量的太阳辐射能通过大气层辐射到地球表面，吸收从地球表面辐射出的红外线。吸热后的二氧化碳，再将吸收的辐射能逆辐射到地球表面，形成多次辐射，使近地层大气增温。大气中的二氧化碳好像是一个屏蔽，如同农业所建的温室一样。所以，将大气中的二氧化碳所产生的效应叫做二氧化碳的温室效应。大气中的二氧化碳含量越多，温室效应越显著，导致大气气温升高，全球气候变暖，进一步导致海洋水位上升，淹没沿海城市，破坏自然环境和生态系统。有些生物由于不能适应环境温度的变化而灭绝，从而使生物的多样性遭到破坏。综上所述，减少二氧化碳向大气的排放至关重要。

能源供应和环保问题已经成为制约中国经济发展的主要瓶颈，为此，中国政府将实行“建设资源节约型社会、环境友好型社会、循环经济”的可持续发展战略。天然气作为一种清洁、高效的能源，是中国政府推动能源优质化的重点领域。西气东输工程的竣工标志着中国天然气时代的开始，为三联供提供了资源基础。

2 三联供在某工业园区的应用

目前，中国政府将天然气的开发和利用作为改善能源结构、提高环境质量的重要措施。西气东输、广东进口液化天然气、东海天然气开发等大型项目的全面实施，推动了全国天然气的建设。北京、上海等城市已经采取了一些优惠政策，鼓励三联供项目的发展。到目前为止，已经建成了上海浦东国际机场、北京燃气大楼、北京燃气集团次渠门站大楼等多个项目。

目前，上海某工业园区拟建一个三联供能源中心，夏季向园区提供电、冷量（8～14℃的冷水）以及特殊要求的饱和蒸汽［0.6 MPa(G)］；冬季向园区提供电、热量（95～55℃的热水）以及特殊要求的饱和蒸汽［0.6 MPa(G)］。由于二氧化碳是造成温室效应的气体，并且节能减排对保护环境有重要意义，因此在该项目建设中，业主非常关注二氧化碳的排放量，力求做到节约能源、二氧化碳排放量最少。

根据整个园区的用电量，即基本的耗电量来选择活塞式燃气机组的发电量（每套活塞式燃气机组的发电量为2575 kW），峰值时所需的用电量由市政电网供给。本文从节能减排、保护环境的角度，对下述两种方案进行了详细对比。

2.1 方案一

每套活塞式燃气发电机组对应一套烟气余热回收蒸汽锅炉，产生的电送往工业园区。夏季时，余热回收蒸汽锅炉产生的蒸汽通过双效吸收式制冷机组获得的冷量送往工业园区，活塞式燃气发电机组缸套产生的95℃热水送往工业园区的特殊用户，工业园区峰值时所需的冷量由机械式制冷机组提供，工业园区夏季所需的蒸汽由天然气直燃式蒸汽锅炉提供；冬季时，余热回收蒸汽锅炉产生的蒸汽通过板式换热器获得的热水，与活塞式燃气发电机组缸套产生的95℃热水一起送往工业园区，用于采暖及其他用途，工业园区峰值时所需的热量，以及工业园区所需的蒸汽由天然气直燃式蒸汽锅炉提供。

天然气直燃式蒸汽锅炉的能力，是由园区冬季最大热负荷及园区所需的蒸汽量来确定的。由于园区有特殊设施要求常年维持恒温，冬季时，这部分冷量需由机械式制冷机提供。

双效吸收式制冷机的能力是根据余热锅炉产生的蒸汽量来确定的；机械式制冷机组的能力是根据夏季园区所需最大冷负荷与双效吸收式制冷机的能力的差值来确定的。方案一的简单的流程示意图由图1所示。

此方案对应原整个工业园区的水、电（能源中心三联供机组耗电量）、蒸汽、天然气消耗量见表1。

图1 方案一流程

表1 方案一对应的水、电、蒸汽、天然气消耗量

2.1.1 热效率计算

（1）冬季峰值热效率计算

消耗天然气所提供的能量：

发电、蒸汽、热水所得能量：

总热效率：

（2）夏季峰值热效率计算

夏季时，只需要直燃式蒸汽锅炉70%的热负荷供应。

消耗天然气所提供的能量：

夏季天然气直燃式锅炉只需要生产7000 t/h的蒸汽。

发电、蒸汽、热水所得能量：

总热效率：

2.1.2 二氧化碳排放量计算

根据业主提供的二氧化碳排放量基准：

（1）夏季二氧化碳排放量计算

消耗天然气提供的能量：

二氧化碳排放量：

消耗电力所提供的能量：

二氧化碳排放量：

总的二氧化碳排放量：

（2）同理得出冬季二氧化碳排放量：F=7.5 t/h

2.2 方案二

每套活塞式燃气发电机组对应一套补充燃料及空气的烟气余热回收蒸汽锅炉，产生的电送往工业园区。夏季时，余热回收蒸汽锅炉产生的蒸汽通过双效吸收式制冷机组获得的冷量送往工业园区，活塞式燃气发电机组缸套产生的95℃热水送往工业园区，工业园区峰值时所需的冷量由机械式制冷机组调节，工业园区夏季所需的蒸汽由补充燃料及空气的烟气余热回收蒸汽锅炉供给；冬季时，补充燃料及空气的烟气余热回收蒸汽锅炉产生的蒸汽通过板式换热器获得的热水，与活塞式燃气发电机组缸套产生的95℃热水一起送往工业园区，用于采暖及其他用途。由于园区有特殊设施要求常年维持恒温，冬季时，这部分冷量需由机械式制冷机提供。补充燃料及空气的烟气余热回收蒸汽锅炉所产生的最大蒸汽量，是根据冬季所需的最大热负荷及园区所需要的蒸汽量来确定的。双效吸收式制冷机组的能力是根据夏季基本冷负荷来选择的；机械式制冷机组的能力是根据夏季园区所需最大冷负荷与双效吸收式制冷机的能力的差值来确定的。方案二的流程见图2。

图2 方案二流程

此方案对应的整个工业园区的水、电（能源中心三联供机组耗电量）、蒸汽、天然气消耗量见表2。

表2 方案二对应的水、电、蒸汽、天然气消耗量

续表

2.2.1 热效率计算

（1）冬季峰值热效率计算

消耗天然气所提供的能量：

发电、蒸汽、热水所得能量：

总热效率：

（2）夏季峰值热效率计算

消耗天然气所提供的能量：

夏季只有两台补充燃料及空气余热锅炉需要补充燃料。

发电、蒸汽、热水所得能量：

总热效率：

2.2.2 二氧化碳排放量计算

（1）夏季二氧化碳排放量计算消耗天然气所提供的能量：

二氧化碳排放量：

消耗电力所提供的能量：

总的二氧化碳排放量：

（2）同理得出冬季二氧化碳排放量：F=7.14 t/h

3 结语

由上述计算结果可知：

（1）方案二的热效率高于方案一；

（2）方案二比方案一更节能，方案二的二氧化碳排放量也比方案一少；

（3）由于补充燃气及空气余热锅炉产生的蒸汽能够满足冬季热负荷峰值的需要，因此方案二可使用直燃式蒸汽锅炉；方案二所用双效吸收式蒸汽制冷机的能力较方案一的大，机械式制冷机的台数及能力均有所减少；方案一的设备总台数约为24台，方案二的设备总台数约为20台，可知方案二的设备数量较方案一的有所减少，因此设备总占地面积减少了；设备台数减少，设备的维护成本也因此减少。

（4）与方案一相比，方案二更加降低能耗，进而可以节约设备操作的运行成本，因此方案二产生的经济效益更好。

综上所述，方案二优于方案一，因此本项目最终选择方案二进行项目报批。

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 工程师 现从事化工工艺设计工作