燃气三联供系统改造工程相关问题解决方案

燃气三联供系统改造工程相关问题解决方案

王栋

陕西燃气集团新能源发展股份有限公司；陕西省西安市；710000

    摘要:针对燃气三联供系统改造工程在系统设计与运行过程中存在的室外无应急散热设备布置空间、冬季进风温度低、能源机房面积狭小、通风系统运行噪声大、建筑物内多区域供电可靠

性等问题进行分析，提出解决方案。

关键字：燃气三联供系统；改造工程；应急散热；通风静压箱

一、概述

燃气冷热电三联供系统是“温度对口、梯级利用”的能源综合利用形式,近年来,被广泛关注并逐渐应用[1],其节能效益也日益受到重视。为了提高能源综合利用效率、降低供能成本[2],越来越多的建筑针对现状供能系统开展燃气三联供改造工程,将现状供能系统(燃气热水锅炉供热+电制冷机组供冷)全部或部分改造为燃气三联供系统,由燃气内燃机发电,发电后的余热通过余热型溴化锂吸收式冷(温)水机组供冷、供热。

本文涉及的燃气三联供改造工程分为改建和扩建两种情况:

①改建工程:当既有建筑供能负荷不变时,拆除全部或部分原供能设备(燃气热水锅炉和电制冷机组),在现状能源机房(锅炉房+电制冷机房)内增加燃气三联供系统设备,即燃气内燃机和余热型溴化锂吸收式冷(温)水机组,以替代拆除设备的供能能力。

②扩建工程:当既有建筑供能负荷增加时,在现状能源机房(锅炉房+电制冷机房)附近的房间内增加燃气三联供系统设备,即燃气内燃机和余热型溴化锂吸收式冷(温)水机组,同现状供能系统(燃气热水锅炉+电制冷机组)共同满足建筑所需全部冷、热负荷。

燃气三联供改造工程通常存在设备布置空间有限,对能源机房外噪声控制要求高,既有供配电系统的多个配电室需供电等特征。本文通过近年已实施的燃气三联供改造工程,针对系统设计与运行过程中存在的室外无应急散热设备布置空间、冬季进风温度低、机房面积狭小、通风系统运行噪声、多区域供电可靠性等问题进行分析,并提出解决方案。

二、改造工程中的问题及解决方法

2.1室外无应急散热设备布置空间

为了保证燃气内燃机正常运行,其冷却水热量需由散热设备散出,以使燃气内燃机冷却水以额定回水温度返回燃气内燃机,继续起冷却作用。

燃气三联供系统正常运行状态时,燃气内燃机冷却水的热量由余热型溴化锂吸收式冷(温)水机组吸收后供冷、热,将燃气内燃机冷却水降至额定回水温度后返回燃气内燃机。当应急状态时,即余热型溴化锂吸收式冷(温)水机组出现故障或者所需冷却水热量较小时,燃气内燃机冷却水的热量无法全部由余热型溴化锂吸收式冷(温)水机组吸收而达到额定回水温度,此时需要应急散热设备(通常为位于室外的远程散热水箱),将燃气内燃机冷却水热量散发至室外环境,以保证燃气内燃机冷却水的额定回水温度。

在改造工程中,通常现状能源厂站无预留放置燃气内燃机冷却水应急散热设备的室外空地。为解决此类问题,可采用以下两种方式:

①应急散热设备设置于室内强制散热

可以将燃气内燃机冷却水应急散热设备设置于通风良好的房间内,通过强制通风方式将热量带出室外。

②空调系统作为燃气内燃机应急散热系统

当燃气三联供系统在夏季出现应急状态时,利用空调冷却水系统为燃气内燃机冷却水降温,使其达到额定回水温度。

当燃气三联供系统在冬季出现应急状态时,利用软化水补水或生活热水给水吸收燃气内燃机冷却水热量,为燃气内燃机冷却水降温,使其达到额定回水温度。

2.2冬季进风温度低

通常要求燃气内燃机的空气滤清器进气温度≥5℃。而燃气三联供系统在冬季工况下运行时,室外温度较低(严寒地区可达-20℃左右),导致室外空气进入燃气内燃机空气滤清器的温度远低于5℃,不满足要求。

针对此类问题,进风系统可以采用混合部分室内风的方式,以满足燃气内燃机空气滤清器进气温度的要求。在燃气内燃机间排风风道上开设分支引至进风风道入口,使部分排风回流后与进风混合,以提高进风温度。回流风量采用电动三通阀自动控制,以空气滤清器进气温度作为目标控制电动三通阀的开度。

此设计方案可有效地解决严寒地区能源机房冬季进风温度过低与燃气内燃机空气滤清器进气温度要求的矛盾。

2.3能源机房面积狭小

设计钢结构夹层,应用于能源机房面积狭小的改造工程中,既可为设备的安装提供二层夹层空间,又能够兼做管道支吊架使用。

以某燃气三联供改造项目为例,能源机房位于地下一层,机房平面尺寸仅为14m×7m,净空高度为5.2m,在此狭小空间内,需要布置3台燃气内燃机、附属水泵、换热器以及进风风机、排风风机等主要设备。针对此项目能源机房空间局促问题,可在能源机房内依据现场空间条件及工艺要求,设计不规则钢结构夹层(“不规则”是指为了满足工艺及设备布置需求,设计为非矩形形状)。

钢结构夹层的设计,达到了如下目的:

①有效利用空间:在面积仅为98m2、高度为5.2m的空间内,将3台燃气内燃机及附属水泵设置于一层,将换热器及烟气冷凝器等设备设置于新建钢结构夹层,充分利用了能源机房的平面与竖向空间,有效解决空间不足的问题。

②拓展用途:与燃气内燃机相关的管道繁多,结合能源机房内众多管道的布置,精心设计钢结构夹层的梁柱结构,使其兼做管道支吊架之用,充分拓展了钢结构夹层的用途。

2.4通风系统运行噪声大

燃气内燃机正常运行时散热量大,燃气内燃机所在房间(以下简称发电机间)通风系统需要提供较大风量方可满足燃气内燃机正常运行的散热要求,由此带来的问题是风道尺寸过大或风速过大,前者会占用较大空间以造成发电机间内风道布置困难,后者会引起严重的噪声问题。

针对此类问题,可基于静压箱原理,利用发电机间原建筑外墙、顶板和地面,再新增3面墙体构成通风静压箱，以发电机间排风系统为例，排风静压箱建筑平面见图1。

图1  排风静压箱建筑平面

排风静压箱具体做法如下：以百叶风口所在建筑外墙A为基准，在发电机间内侧距离建筑外墙A不小于700mm处砌筑新增墙体B(同外墙A平行等高),新增墙体B的长度由风量与风速确定(即控制通过排风静压箱的风速≤2m/s)；再将原建筑外墙A新增墙体B、发电机间顶板和地面封闭(即砌筑两面新增墙体C和D,同建筑外墙A垂直等高),构成排风静压箱。此排风静压箱可大幅度降低发电机间排风道的风速,发电机间内的排风道从排风静压箱的新增墙体B处连接。为便于检修人员进出排风静压箱,可在新增墙体C或D上开门。

利用发电机间建筑结构设置排风静压箱,在排风流出室外时稳定气流、降低风速,可有效解决排风系统噪声问题,同时可降低造价。

2.5建筑物内多区域供电可靠性

针对燃气三联供改造工程,应根据现状电气供配电系统选择容量适当、数量适当的燃气内燃机,以匹配现状建筑的电气负荷,并满足电气系统运行方式的要求。

当既有建筑的用电负荷需求分布在多个配电室,且需燃气三联供系统为现状的多个配电室供电时,为了提高多区域(即配电室)供电的可靠性,燃气三联供系统可以设置1台备用燃气内燃机,备用燃气内燃机的母线同其他常用燃气内燃机的母线间均设置母联开关,灵活投切,其投切方向由控制系统根据各常用内燃机所带电力负荷来控制。正常运行时,备用内燃机停机,其母线同其他各常用内燃机母线间的母联开关均断开;当某台常用内燃机出现故障或发电负荷不足时,开启备用内燃机,其母线同此台常用内燃机母线间的母联开关闭合,共同输出电力。

此系统灵活有效,不仅能够满足建筑物内多区域的用电需求,而且可以提高多区域供电的可靠性。

参考文献

[1]刘静,于涛,季家艳.冷热电三联供系统关键设备与配置方案优化[1].煤气与热力,2017,37(5):A11-A17.

[2]景源,牛启智,王旭等.小型公共建筑供能方式技术经济性比较[J].煤气与热力,2016，36(6):A13-A14.