燃气轮机冷热电联供项目设计及选型方案研究

燃气轮机冷热电联供项目设计及选型方案研究

刘宇卿

（国家电投集团沧州新能源发电有限公司河北沧州061000）

摘要：燃气轮机的发展史可以就是科学技术的发展史，燃气轮机是通过流动的气体推动叶轮的旋转，从而将气体的动能转化成为有用功的过程。燃气轮机是蒸汽机、内燃机的延伸。冷热电联供是能源技术发展的时代产物，是在热电联供的基础上发展起来的。冷热电联供技术能够有效的提高能源利用率，实现能源的部分回收，降低能源消耗和运行成本。本文通过简述燃气轮机冷热电联供系统技术，对其经济性进行深刻分析，并设计出一套高效的、科学的冷热电联供设计方案。

关键词：燃气轮机；冷热电联供；项目设计；设备选型；热经济性

1前言

燃气轮机从诞生到崛起经历过辉煌，也遭遇过坎坷。如今分布式能源技术的成熟让燃气轮机重新站到了人们的视野中。分布式能源以其分布在用户端的优势，将气体燃料的一次能源与分布在用户端冷热电联供的二次能源相结合，从而实现用户的阶梯级使用，在能源节约上做出了巨大的贡献，同时污染的分散化和排放降低都有效的减少了污染，为保护环境出了一份力。这种冷热联供的项目方案有效的减少了能源在输送和转化上的消耗，提高了能源利用率，也提高了能源使用的合理性、科学性、高效性和安全性。冷热电联供技术所拥有的巨大优势使得在实际生产生活应用中非常常见。燃气轮机冷热电联供技术的发展和成熟充分体现了目前我国节能与环保的主题，也顺应了历史的发展趋势。

分布式能源技术的兴起不仅引发了各国各行各业的广泛关注，甚至引起了一场能源革命。分布式能源以其巨大的优势，能够有效的减低能源利用率，降低生产成本，提高工作效率，节能环保，这都是行业的最大需求。在需求的引导下，利用天然气和石油气进行热电或者冷热电联供的技术应用已经成为热门，更是将分布式能源提高到了国家战略地位。燃气轮机冷热电联供技术需要接受经济性分析，毕竟能源节约和经济效益才是技术发展的最终驱动力。

2燃气轮机冷热电联供系统概述

燃气轮机冷热电联供系统建立在分布式供能系统的基础上，能够有效的为用户提供冷、热、电等多种生产生活需求，在满足生产生活基本需求的基础上最大限度的保证能源高利用率，低消耗率，提高工作效率，避免不必要的能源损耗，更加方便快捷的为用户提供生产生活服务，同时保证系统正常、平稳运转和系统的稳定和安全。作为分布式能源的主要类型，天然气分布式能源指的是以天然气清洁能源为燃料，应用燃气轮机、燃气内燃机、微燃机等各种热动力发电机组和余热利用机组的能量转化设备，为用户提供冷、热、电各种负荷需求的分布式供能系统。

燃气轮机冷热电联供系统通过在用户端安装微型燃气发电机组，利用燃料高品位的能量进行发电，满足用户的用电负荷；同时回收来自燃气轮机烟气的低品位热能，产生热水或直接作为吸收式制冷机的热源，产生冷量或热量，满足用户的热(冷)负荷。通过上述独立的能源系统解决用户用电、热(冷)需求，实现冷热电联供，能量的阶梯利用极大地提高了能源的一次利用率，一般而言，可以达到80%以上，节能效果非常明显。

3燃气轮机冷热电联供技术经济性分析

改革开放后，我国的发展呈现飞跃式前进，经济、技术和科技领域都有着巨大的突破。现代化，城市化进程中，基础设施项目建设一直都是重中之重。经济结构调整，产业结构转变，对能源需求和要求都在不断的提高。能源的大数量、高品质、多元化需求是现代生产生活的要求，从而保证了生产效率和生活质量。燃气轮机冷热电联供技术不仅能够解决能源多样化的需求，更是能够大大减低资源消耗，实现能源的回收利用。燃气轮机冷热电联供技术将供冷、供热和供电的多能源供应相结合，能够让能源相互转化，既满足了能源的需求，又充分利用各种能源，从而实现能源供给的平稳、安全和高效。

以某工业园作为研究对象，对其2017年某时间段进行详细调研。供能区域夏季在5月末至9月末，最大冷负荷为153MW（折合蒸汽约158t/h），其中在早9时到晚20时，平均冷负荷为53MW（折合蒸汽约55t/h）；夜间在晚9时到早8时，平均冷负荷为34MW（折合蒸汽约36t/h）。冬季平均在11月中旬至3月中旬，最大热负荷为230MW，平均热负荷为129MW，折合蒸汽量最大热负荷约309t/h，平均热负荷约174t/h。根据用户侧负荷要求，本项目拟选择建设2×40MW级燃气—蒸汽联合循环机组，单套联合循环机组汽轮机最大抽汽量约为36.5t/h，2套联合循环可提供蒸汽约73t/h。

另外，能源站内设置3×24.5MW燃气热水锅炉作为补充热源，以满足冬季平均热负荷需求。本项目机组选型初步按下述方案考虑：方案1：安装2套燃气—蒸汽联合循环机组。包括2台GE燃机公司的LM2500型燃气轮机发电机组、2台双压余热锅炉、2台抽凝式汽轮机发电机组。方案2：安装2套燃气—蒸汽联合循环机组。包括2台西门子燃机公司的SGT700型燃气轮机发电机组、2台双压余热锅炉、2台抽凝式汽轮机发电机组。

4燃气轮机冷热电联供项目设计方案分析

燃气轮机冷热电联供项目的设计标准需要依据方案的经济性、安全性和可靠性等，这些依据都是为了保证联供工程的顺利、平稳的运行。科学、合理、正确的制定冷热电联供项目方案，能够进一步提升联供项目的优势，将优势最大化的同时，尽可能提高气体能源的利用率，从而降低能源消耗，实现能源的重复回收利用，降低了生产生活成本，提高企业的利润率，提高住户的生活质量。冷热电联供系统由于实现了能源的梯级利用，因此热力学性能良好，节能效果显著。在针对设计方案进行可靠性和安全性保证的前提下，经济性就作为效益最大化的代表，成为方案设计的首要分析重点。

某工业园区工业蒸汽用户最大需求量为81.27t/h，平均61.52t/h，最小36.46t/h。而冷、热负荷总计分别为99412.21kW和79652.03kW。根据以上原则，本项目设计蒸汽热负荷平均110t/h，最大140t/h，设计直供冷负荷46256.21kW，设计直供热负荷37238.53kW。根据热用户对蒸汽品质的要求及与能源站的相对位置，确定能源站供热机组额定参数为0.98MPa、300℃，这样可以满足管网末端热用户的用气要求。具体的供热参数在热力网后续工作中进一步论述确定，以保证满足热用户的实际用热需求。

对于燃机选型，由于采用纯发电工况，在运行时航改型燃机性能指标较高，因此在冷热电联供最大抽气工况运行情况下，工业重型燃机性能指标占优。从机组运行的经济性、长期连续运行、热部件更换周期以及长期服务维修费用等方面综合考虑，对于本冷热电联供项目，采用工业重型燃机比较合适。从安全经济性来讲，背压机组虽然在热耗率与效率上略逊于抽凝机组，但由于当地蒸汽价格近300元/t，其供应的工业蒸汽量完全能够弥补电量与效率的劣势，因此本项目拟采用背压机组代替抽凝机组。

5结束语

燃气轮机冷热电联供项目的实施能够切实的实现能源可控性使用，也让能源的使用效率大大提升，既降低了能源消耗又减少了污染排放，同时能够提供更加安全的工作环境和更加高效的运用程度，低成本，高回报的巨大优势使得燃气轮机冷热电联供技术受到了国内外的广泛关注，巨大的发展潜力也使得冷热电联供技术的应用前景尤其广阔。分布式能源以其分布在用户端的优势，将气体燃料的一次能源与分布在用户端冷热电联供的二次能源相结合，从而实现用户的阶梯级使用，既能够有效节约能源，顺应节能的发展模式，有能够分散污染，降低排放，实现环保的增值。燃气轮机冷热电联供技术的发展和成熟充分体现了目前我国节能与环保的主题，也顺应了历史的发展趋势。

参考文献：

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