陳思超，唐 芳，劉陽(yáng)平

(湖南理工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湘潭 411101)

0 引 言

煤炭等化石能源在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中仍占比較大，化石能源在燃?xì)膺^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的SO2、粉塵等污染物[1]，這些污染物是導(dǎo)致我國(guó)霧霾天氣的主要因素[2]。天然氣屬于清潔能源，其燃燒只產(chǎn)生二氧化碳和水，基本無(wú)污染。同時(shí)，其燃燒產(chǎn)生的CO2也僅占同等數(shù)量煤炭的1/2，石油的2/3[3]，而大氣中的CO2是對(duì)溫室效應(yīng)貢獻(xiàn)最大的成分之一。因而，使用天然氣對(duì)緩解我國(guó)的霧霾天氣與溫室效應(yīng)有積極作用。由于天然氣相較于煤炭具有許多優(yōu)勢(shì)，我國(guó)正大力推廣天然氣，根據(jù)“十三五”規(guī)劃，到2020年國(guó)內(nèi)天然氣綜合保供能力計(jì)劃達(dá)到3600×108m3以上，天然氣占一次能源消費(fèi)比例達(dá)到10%。天然氣多采用高壓長(zhǎng)輸管道輸送，城市燃?xì)廨斉鋭t主要采用中低壓配氣，長(zhǎng)輸管線與城市燃?xì)庵g通過(guò)儲(chǔ)配站銜接。天然氣在降壓過(guò)程中可釋放大量的壓力能[4-8]，同時(shí)降壓后溫度明顯下降，產(chǎn)生大量的冷能。如果能充分利用這部分能量，將會(huì)極大的提高能量利用率、提高管網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，符合國(guó)家節(jié)能減排的基本政策，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

為合理利用燃?xì)鈨?chǔ)配站運(yùn)行過(guò)程中的能量，提高儲(chǔ)配站能源綜合利用效率，文中構(gòu)建了一套能源綜合利用系統(tǒng)，即將天然氣降壓發(fā)電工藝與天然氣分布式能源系統(tǒng)聯(lián)合。通過(guò)這種方式大大提高了系統(tǒng)的能源利用率，實(shí)現(xiàn)了能源的梯級(jí)利用，減少污染物排放。

1 能源綜合利用系統(tǒng)的工程應(yīng)用

1.1 燃?xì)鈨?chǔ)配站概況

該儲(chǔ)配站近兩年燃?xì)馄骄髁糠謩e為65 000、80 000 Nm3/h，峰值可達(dá)180 000、201 000 Nm3/h，供氣量比同期增長(zhǎng)了10%～38%。儲(chǔ)配站負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表見表1。

表1 儲(chǔ)配站負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

1.2 發(fā)電機(jī)組配置

1.2.1 壓差發(fā)電機(jī)組選型

根據(jù)天然氣門站流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，門站天然氣流量年負(fù)荷情況如圖1所示。

圖1 門站天然氣流量年負(fù)荷曲線圖(Nm3/d)

從年負(fù)荷曲線圖可以看出，全年日負(fù)荷范圍為1 590 000～4 920 000 Nm3/d，其中全年有120天門站日負(fù)荷范圍為2 200 000～4920 000 Nm3/d，時(shí)間集中在11月份至第二年的2月份，為供氣高峰期，該時(shí)段平均日負(fù)荷為3 300 000 Nm3/d；213天日負(fù)荷范圍為1 590 000～2 200 000 Nm3/d，時(shí)間集中在3月份至10月份，為供氣低谷期，該時(shí)段平均日負(fù)荷為1 900 000 Nm3/d?？紤]到門站供氣量趨勢(shì)變化，供氣量保持約11%的同比增長(zhǎng)率，預(yù)期在供氣高峰期預(yù)測(cè)平均日負(fù)荷約3 660 000 Nm3/d；供氣低谷期預(yù)測(cè)平均日負(fù)荷約2 100 000 Nm3/d。

根據(jù)天然氣成分和物性參數(shù)，對(duì)門站壓力能轉(zhuǎn)換成電能采用絕熱焓降法進(jìn)行初步計(jì)算，具體計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 門站壓力能發(fā)電功率曲線圖(kW)

從圖2分析可知，利用門站管網(wǎng)差壓發(fā)電，發(fā)電功率范圍為900～2 600 kW，供氣高峰期發(fā)電功率為1 200～2 600 kW，該時(shí)段平均發(fā)電功率可達(dá)1 800 kW；供氣低谷期發(fā)電功率為900～1 200 kW，該時(shí)段平均發(fā)電功率可達(dá)1 100 kW。兼顧供氣量保持約11%的同比增長(zhǎng)率，預(yù)測(cè)在供氣高峰期平均發(fā)電功率可達(dá)2 000 kW；供氣低谷期平均發(fā)電功率可達(dá)1 200 kW。

差壓發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)規(guī)模按照“差壓利用最大化，并網(wǎng)不上網(wǎng)”的原則，考慮門站供氣負(fù)荷高峰期和低谷期負(fù)荷變化情況，確定門站內(nèi)發(fā)電機(jī)組規(guī)模，差壓發(fā)電規(guī)模擬選定2 000 kW，擬選用2套1 000 kW螺桿膨脹機(jī)差壓發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)組具體技術(shù)規(guī)范參數(shù)見表2。

表2 發(fā)電機(jī)組具體技術(shù)規(guī)范參數(shù)表

1.2.2 熱動(dòng)力發(fā)電機(jī)組選型

綜合考慮儲(chǔ)配站內(nèi)空調(diào)負(fù)荷和熱水負(fù)荷需求，發(fā)電設(shè)備采用發(fā)電效率較高且設(shè)備技術(shù)成熟的燃?xì)鈨?nèi)燃發(fā)電機(jī)組。儲(chǔ)配站全年耗電負(fù)荷為2207～3 224 kW，差壓發(fā)電機(jī)組規(guī)模為2 000 kW，初步擬定分布式冷熱電多聯(lián)供總發(fā)電量約～1 000 kW。

儲(chǔ)配站內(nèi)160 ℃低溫導(dǎo)熱油熱負(fù)荷為380 kW；空調(diào)冷負(fù)荷為230 kW，空調(diào)熱負(fù)荷為150 kW，生活熱水負(fù)荷39 kW。天然氣預(yù)熱溫度可采用90 ℃熱水負(fù)荷約500 kW。綜合分析，該儲(chǔ)配站內(nèi)需要的高溫?zé)嶝?fù)荷為380 kW；空調(diào)負(fù)荷可采用90 ℃熱水負(fù)荷，考慮制冷系數(shù)，最大熱負(fù)荷為330 kW；預(yù)熱需90 ℃熱水負(fù)荷500 kW，共計(jì)90 ℃熱水負(fù)荷830 kW，生活熱水負(fù)荷39 kW?？傆?jì)熱負(fù)荷為1 249 kW。根據(jù)內(nèi)燃機(jī)組余熱可利用量及以熱定電的原則，內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組的規(guī)模確定為12 00 kW。

1.3 余熱利用設(shè)備選型

結(jié)合儲(chǔ)配站熱負(fù)荷特點(diǎn)，該配電站選用熱水型溴冷機(jī)組、煙氣換熱器。經(jīng)確定選用1臺(tái)煙氣換熱器加熱油和軟化水(煙氣溫度420 ℃，供回油溫度160 ℃/140 ℃；煙氣溫度280 ℃，軟化水供回水溫度90 ℃/20 ℃)，一臺(tái)熱水型溴化鋰機(jī)組(熱水溫度90 ℃，制冷量230 kW，供熱量150 kW)；2臺(tái)250～500 kW天然氣預(yù)熱器(高溫缸套水90 ℃，天然氣供回溫度20～28 ℃/10 ℃)；2臺(tái)1 000 kW天然氣復(fù)熱器(90 ℃熱水或40 ℃循環(huán)水，天然氣供回溫度-10～0 ℃/20 ℃)。

1.4 系統(tǒng)節(jié)能性分析

能源綜合利用系統(tǒng)的能耗指標(biāo)見表3。

表3 能耗指標(biāo)表

該儲(chǔ)配站年耗天然氣量約181.1萬(wàn)Nm3，年總發(fā)電量為1 634萬(wàn)kWh，其中差壓發(fā)電年發(fā)電量為864萬(wàn)kWh，冷熱電聯(lián)供發(fā)電量約770萬(wàn)kWh。冷熱電聯(lián)供全年綜合能源效率高達(dá)84%，節(jié)能率達(dá)58.4%，能效指標(biāo)先進(jìn)，節(jié)能效果較好。

2 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)燃?xì)鈨?chǔ)配站的特性，為提高能源綜合利用效率，擬構(gòu)建了一套能源綜合利用系統(tǒng)。以某燃?xì)鈨?chǔ)配站為對(duì)象，基于負(fù)荷需求特點(diǎn)，對(duì)發(fā)電機(jī)組、余熱利用設(shè)備進(jìn)行了選型，并對(duì)該系統(tǒng)的節(jié)能性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，在儲(chǔ)配站內(nèi)根據(jù)負(fù)荷特點(diǎn)配套差壓發(fā)電和分布式冷熱電三聯(lián)供聯(lián)合系統(tǒng)，可有效提高整個(gè)儲(chǔ)配站的能源利用效率，系統(tǒng)節(jié)能率較高，能效指標(biāo)先進(jìn)，節(jié)能效果較好，可為儲(chǔ)配站內(nèi)建設(shè)能源綜合利用系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)提供參考。