摘要：本项目是就某医药化工企业采用集中能源站提供整个厂区的生产、办公采暖用蒸汽，以及部分生产用电和工艺制冷机组的冷却循环水的可行性研究。
引言
分布式能源系统是相对传统的集中式供能的能源系统而言的，传统的集中式供能系统采用大容量设备、集中生产，然后通过专门的输送设施(大电网、大热网等)将各种能量输送给较大范围内的众多用户；而分布式能源系统则是直接面向用户，按用户的需求就地生产并供应能量，具有多种功能，可满足多重目标的中、小型能量转换利用系统。
项目概况：本项目用能单位占地面积270余亩，企业资产净值2.5亿元，新建20000吨/年乙酰乙酰芳胺、3000吨/年乙酰乙酰-2、5-二甲氧基-4氯苯胺、3000吨/年1-3-5-吡唑酮、3000吨/年脱氢醋酸及其钠盐、100吨/年间氨基苯乙炔生产线已基本完工，具备生产能力，在生产过程中需要大量的蒸汽、电力、工艺制冷量。目前，厂区采用外购蒸汽、电制冷机组来实现工艺要求。
研究范围：为实现土地集约、能源集约、系统集约、热电一体化，并最终实现节能减排，本项目研究的内容包括为整个生产厂区提供生产和生活用能的能源综合解决方案，包括生产用电，生产、采暖用蒸汽以及工艺冷却用冷等。
1目前动力供应条件
（1）给水
当地水资源主要包括地表水资源和地下淡水资源，区域自来水公司为当地提供自来水水源；本厂区内设有深水井，日出水量2000m³以上，可互为备用水源。
（2）供电
本工程供电电源来自开发区110kV变电站，供电电压为10kV。
（3）供热
目前，由热力公司提供1.25MPa的饱和蒸汽以满足企业的生产生活需求。供气价格为178元/吨。
（4）天然气
厂区现有的生产用气来自燃气公司在厂区内建设的LNG储罐，经气化后供应。
本分布式能源项目用气也将采用LNG储罐气化后供给。
2冷热电负荷分析
2.1热负荷分析
项目用蒸汽主要是生产线使用和冬季采暖用蒸汽，年总用蒸汽量81640吨。
（1）生产用蒸汽
表3.1 生产用蒸汽统计
生产年用蒸汽量79200吨。蒸汽使用压力为0.8MPa。
图3.1 项目各部分蒸汽用量示意图
根据生产线设备及生产工艺的要求，最大小时用汽量为12吨，最小小时用汽量为7吨。
项目提供设计压力为1.25MPa的饱和蒸汽，经设备前端的调压装置调整至各类设备所需的蒸汽压力。
（2）冬季采暖用蒸汽量计算
本项目采暖按40W/m2计算，采暖期120天，采暖期室外计算温度-4.5℃，采暖期室外平均温度1.3℃，总采暖面积约20000平方米。
采暖年耗热量（GJ）=0.0864×采暖期天数（d）×采暖热负荷（kW）×（冬季采暖室内计算温度℃-采暖期室外平均温度℃）/（室内计算温度℃-采暖期室外计算温度℃）
计算本项目年耗热量估算为6165.29GJ，折算年蒸汽消耗量2440吨。
本项目仅为采暖提供1.25MPa蒸汽，采暖用蒸汽接入原有采暖系统即可。
依据生产线的工艺配置以及生产台班的安排，综合设备用蒸汽量的统计计算，生产用蒸汽小时最大用量为12吨，冬季采暖小时最大用量1.2吨，因此本项目蒸汽最大小时用量为13.2吨。
2.2电负荷分析
目前厂区电力进线为10kV，经高压开关柜后分配至五个变配电室，详见下表：
表3.1 用电分布表
3用冷负荷分析
目前厂区工艺冷却配置了10台制冷量为600-700kW的工艺制冷机组，冷冻水进出水温度为-5/-10℃，冷却水进出水温度为30/35℃（标准工况），冷却水需求能量为8000-8400kW。
3.1天然气分布式能源系统设计计算
根据对厂区蒸汽负荷及电负荷的需求统计，本能源站在装机容量选择时，首先应结合厂区的蒸汽需求，同时结合发电量并网不上网的运行特点来选择能源站装机规模。
本项目电负荷相对较大，蒸汽负荷相对较小，因此在满足蒸汽负荷的前提下，选用发电机组，平时剩余蒸汽可以配置蒸汽型溴化锂机组制备冷水供工艺制冷机组冷却用，因此按照最大生产用蒸汽12吨/小时配置发电机组较为合适。
确定天然气分布式能源系统的形式，其最主要的因素为原动机的确定，其常用的原动机有两种，为燃气轮机和内燃机。由于本项目的供热需求是蒸汽，因此选用余热回收品质较高的燃气轮机。
通过以上分析，根据以热定电原则，天然气热电联供系统所需要提供的电负荷（总负荷的35%）约为3300kW。
3.2燃气蒸汽锅炉系统设计计算
根据之前章节对厂区蒸汽用量的分析计算，厂区最大小时蒸汽用量为13.2吨（含冬季供暖需求）。在峰值电价和谷值电价内，发电机组余热回收可提供12吨蒸汽；在谷电时间内，发电机组及余热回收系统关闭，需设置燃气蒸汽锅炉制备蒸汽。
为提高设备利用率，建议设置2台蒸发量为6吨的燃气蒸汽锅炉。
本项目提供压力为1.25Mpa 的饱和蒸汽，饱和温度为193℃；供生产设备和生活供暖使用。根据生产工艺要求，生产冷凝水不回收利用，供暖冷凝水回收率根据规范和经验按70%计算，蒸汽溴化锂机组的冷凝水回收利用。
由于项目建设周期短，时间紧，建议采用整装式燃气蒸汽锅炉作为系统蒸汽的生产设备。
该系统装备具有高度集成、无需安装、移动方便、自动运行、操作简单等突出优点。系统还做了消音处理，振动处理，具有防雨、防水、防冻等一系列保护。
图5.1 蒸汽锅炉系统流程图
该系统可为用户节省大量基建土地，并简化锅炉房从设计到验收的环节，同时节省基建投资，节省大量资金，节省大量时间。
由于设备自带一台给水泵，为满足《锅炉房设计规范》（50041-2008）中9.1.1条之规定，在水处理间设置一台给水泵，做为余热锅炉、蒸汽锅炉的备用水泵。设备内部自带的给水泵做旁通接口。
每台蒸汽锅炉配置1根烟囱，其管径为DN810，排放标准满足《锅炉大气污染物排放标准》（GB13271-2014）中对燃气锅炉的要求。增加烟气回收器后，烟气排放温度约为65℃。
蒸汽锅炉用水需经过全自动钠离子交换器进行软化处理，处理后的软水经热力除氧器除氧后送入蒸汽锅炉，除氧后的水温为95℃，除氧工艺以热力除氧为主结合药物除氧，以满足锅炉水含氧量的要求，添加少量的亚硫酸钠，用量不超过80克/吨。
3.3区域能源负荷平衡设计计算
通过以上分析，本项目各能源系统装机容量如下表和图所示：
表5.4 各能源系统装机容量比较表
图5.2 三联供并网系统原理图
3.4热电联供配电系统
3.4.1热电供系统配置
发电机采用两台1642.5kW天然气燃气轮机发电机组，同时配置两台6吨余热蒸汽锅炉，回收烟气中的低品味热能。发电机输出额定电压为10.5kV，频率为50Hz。
3.4.2电气主接线及配电系统
本站含天然气三联供发电系统，系统产生两路1642.5kW的10kV线缆并网至本厂区10kV配电室，同时一路发电的部分电量为本能源站提供部分站内用电。为保证控制的有效性，本工程本期考虑在能源站配置一套微机型失步解列及频率电压紧急控制装置，当10kV配电室主系统发生故障或大扰动时，引起系统与燃气发电机组发生振荡失步时装置动作将发电机组与系统解列。
本工程解列点拟考虑设在机组出口侧。
三联供系统燃气内燃气轮机组发电机出口电压10.5kV，直接接入10kV配电室10kV母排，在接入10kV母排处设置就地隔离柜作为明显断开点。
系统设置自动同期装置，发电机并网同期点分别设置在10kV变压器低压总进线开关处、10kV联络开关处及发电机出口开关处，用于发电机组并网操作控制。
系统设置逆功率保护器，保证系统受电、发电自用，不会向公共电网输送电能，系统配置原则为并网不上网。
系统原理图如图5.2所示：
4环境效益及节能分析
本项目清洁能源为主的能源形式，不仅具有一定的经济效益，还可以有效的降低碳排放和降低热排放。
相当于每年节省3828.1吨标准煤，每年减少10029.62吨C02的排放，61.25吨SO2的排放，28.33吨NOx排放。
5环境效益显著，也为后续碳交易打下良好的经济基础。
分布式能源系统较高的发电效率实现了较低的一次能源消耗，再结合余热利用，能够实现多方面的节能效益。
在满足提供相同的电量及冷热量的前提下，与常规系统(燃气锅炉)相比，燃气分布式系统具有较高的发电效率及综合效率。项目采用余热供热与传统燃煤供热比较，每年节约标准煤3828.1吨，节能效果显著。
6项目结论
（1）在本厂区采用区域能源系统，有利于提高本厂区能源综合利用率，同时达到相应的节能减排效果，为后续碳交易提供可能。
（2）该项目采用天然气分布式能源系统、蒸汽锅炉系统等能源形式,确保了项目运行的安全可靠。
（3）天然气分布式能源系统配置发电装机容量3285kW，蒸汽锅炉系统配置2台6t/h的蒸汽锅炉；同时配置一台制冷量为2813kW的蒸汽型溴化锂机组。
（4）项目工程总投资5413.75万元，所有资金全部自筹。
（5）区域能源系统经济效益好，静态回收期为8.99年，动态回收期为13.2年。如果国家及地区出台相应的鼓励政策，经济效益可以进一步提高。
（6）本项目环境效益明显，年减少碳排放量为10029.62吨。
（7）本项目节能效果明显，年节约一次能源量相当于3828.10吨标准煤量。
（8）本项目提高一次能源利用率，优化系统用能结构，节能减排，提高区域的环境效益。
论文作者:李芬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：蒸汽论文; 系统论文; 能源论文; 项目论文; 厂区论文; 机组论文; 采暖论文; 《基层建设》2019年第14期论文;