工厂冷却水在分布式能源站中的应用

2018-11-01白文斌宋阳王戴娜

上海节能 2018年10期

白文斌宋阳王戴娜

上海航天能源股份有限公司

引言

工业企业在生产过程中需要大量的冷却水，如电子行业、烧碱行业、石油化工行业和冶金行业等内部的循环冷却水用量占企业用水总量的50%～90%[1]。工业企业的厂区循环冷却水量设计较大，在实际运行过程中几乎很少出现满负荷运行的情况[2]。

目前许多工业厂区为了达到节能减排等目的，在厂区内根据自身情况设置一套分布式能源系统，分布式能源系统提供给厂区所需的能源，如电力、蒸汽、热水及冷冻水等。电力一般采用并网不上网的模式，供给厂区使用[3]。分布式能源系统中冷却水是不可或缺的，由于工业企业原设计对厂区循环冷却水的稳定性要求较高，因此完全能够满足分布式能源系统中对冷却水的需求。

本文以某工业冷却水系统的局部改造为例，引一路厂区冷却水进入分布式能源系统，冷却分布式能源站内设备，从而达到利用某些工业行业冷却水，减少分布式能源的投资，达到节约运行成本和提高分布式能源运行效率的目的。

1 工厂冷却水在分布式能源项目中的应用

1.1 某工厂冷却水现状

以某工厂为例，此工业是生产型化工企业，生产过程中用到了大量的电、蒸汽、冷冻水和冷却水，企业用电量约15MW，蒸汽量约20t/h，冷量约6MW，冷却水量约8 000t/h（包括生产以及制冷的冷却水）。设计院在设计工厂冷却水系统时，从安全性的角度出发，以厂区最大用量的110%作为工厂冷却水的设计用量，而工厂实际冷却水用量稳定在设计负荷的50%左右，且最高峰用量仅达到设计用量的65%左右。因此某厂区目前有约35%的冷却水余量处于未利用状态。这部分未利用的冷却水可以作为分布式能源的冷却水源。

1.2 内燃机分布式能源系统

企业所配置的分布式能源系统为燃气内燃机发电机组，及烟气热水型溴化锂制冷机组。图1为内燃机分布式能源流程图。

图1 内燃机分布式能源系统图

天然气进入内燃机，内燃机经做功产生电力，供给用户使用的同时产生高温缸套水以及高温烟气。高温缸套水及高温烟气进入烟气热水型溴化锂机组，烟气热水型溴化锂产生冷水供给用户使用。内燃发电机组以及烟气热水型溴化锂机组在工作过程中需要一定量的冷却水。例如一台MWMTCG 2032 V16机组，机组发电量为4 300kW，系统需要冷却水量为1 156t/h，冷却水供回水温度分别为32℃/37℃，系统冷却水用量占工厂用量的14.45%，不影响工厂的正常运行。

1.3 燃气轮机分布式能源系统

本项目为工厂配置的分布式能源系统为燃气轮机发电机组和蒸汽余热锅炉[4]。图2为燃气轮机分布式能源系统图。

图2 燃机轮机分布式能源系统图

天然气进入燃气轮机燃烧室，在燃烧室内被点燃，高温烟气进入透平进行绝热膨胀做功，旋转的透平带动发电机转动产生电力，从透平尾部排出的约500℃的高温烟气引入余热锅炉，利用烟气的余热加热给水，产生工业所需的蒸汽。系统运行时，需要大量的冷却水给燃气轮机的机油和发电机冷却。例：对于MGT6100机组，机油冷却所需的冷却水量为30t/h，发电机组所需冷却水量为51t/h，冷却水供回水温度分别为32℃和37℃，系统冷却水用量占此工厂用量的1.01%，对工厂冷却水系统不造成影响。

2 冷却水系统的改造论证

2.1 可行性分析

厂区冷却水系统改造，主要是将厂区冷却水中的其中一路冷却水引入分布式能源系统，系统图见图3。

图3 改造后的冷却水系统

从厂区原有冷却水管路上引一路支管，分布式能源冷却水系统与车间冷却水系统并联，通过阀门的开度来调节水路平衡，达到分布式能源冷却水系统与车间冷却水系统的水路平衡。在不影响原有生产工艺运行的前提下，从车间冷却水系统引出一路冷却水，是可行的。

2.2 安全性分析

大部分工业企业常年稳定生产运行，厂区冷却水系统必须安全可靠[5]，一旦发生系统故障或事故停止供应冷却水的情况，则整个生产工业将被迫中止，造成巨大的经济损失，甚至可能发生安全事故。因此厂区冷却水系统在设计时以及生产运行过程中均为安全级别非常高的工艺段，为厂区循环冷却水在分布式能源系统中的应用提供安全保障。

冷却水系统在设计过程中都会考虑一定的余量和检修过程中的备用冷却水系统。分布式能源系统利用厂区冷却水进行冷却，能保证分布式能源系统的安全稳定运行。

根据上述改造的冷却水系统，分布式能源冷却水系统与车间冷却水系统并联，当车间冷却水系统损坏需停役检修时，通过关闭车间冷却水系统前后隔离阀，单独运行分布式能源冷却水系统，与整个厂区冷却水系统形成闭合回路，稳定安全运行。同时当分布式能源冷却水系统检修时，将前后隔离阀关闭，不影响车间冷却水系统的运行。