2011年5月24日星期二

罗丽芬:燃气冷热电联产余热利用模式及案例

1. CHP系统之核心设备——烟气热水直燃机
BCHP系统是发电机与直燃机的技术整合,形成无接缝的冷、热、电联产系统,其显著特征是直燃机直接回收发电机烟气(或缸套水),而不经过中间2次换热,转化为冷、热能量,系统能源效率比传统热电联供提高20%以上。
对于BCHP系统人们更多关注系统形式和系统效率,而忽略了其核心设备的烟气热水直燃机的技术。远大烟气热水直燃机核心技术主要包括:多能源发生器(专利号 ZL20042003492.1);溶液分层技术(专利号 02223369.5);斜板式溶液分离结构(专利号 ZL2004200344857.8)。这些专利技术有效地保证了发生器在多能源供给情况下稳定、可靠、高效运行!需要注意的是,未经专门设计的发生器不能够正常运行!
要实现BCHP高效率,必须实行“余热利用优先”,需要由先进的控制系统才能实现“余热利用优先”。烟气热水直燃机核心技术是发电机余热利用控制系统(专利号200520050270)。能源利用优先级别为发电机缸套水,发电机尾气和燃料,从根本上解决了冷热电联产系统中发电机与吸收机协调控制问题,确保系统的经济性和可靠性。远大首创发电机余热利用信息化控制系统还具备误信号分析、隐性问题判断、器件剩余寿命计算、误操作纠正、故障分辨等模糊控制功能,实现无人化管理,确保系统得到完善的维护和最佳的节能水平。
由于大量发电机烟气进入烟气热水直燃机高温发生器,进入的烟气量比常规直燃机的烟气量高5-6倍,产生的烟垢量亦高出5-6倍,烟垢对高温发生器的腐蚀作用很强。烟气热水直燃机只能采用便于清理烟垢的烟管式的高温发生器,而不能采用不能清理烟垢的水管式的高温发生器。
2. 珠江啤酒厂沼气三联供系统
下面我讲一个珠江啤酒厂的案例,珠啤集团污水处理采用厌氧+好氧处理工艺,目前日处理废水15000~17000吨左右,每天产生沼气约8000~10000m3,其中甲烷含量为75~85%。
脱硫处理后的沼气经过脱水、过滤进入燃气轮机燃烧,产生高温高压烟气推动发电机组发电,发电机输出的电力在企业电网低压(10000伏)系统的一个或多个变压站上网,并通过配电系统向用电负荷供电。由于啤酒生产存在明显的淡旺季差别,啤酒废水产生量也存在较大的波动,在发电机组选型时,要考虑啤酒生产淡旺季不同废水量对应的不同沼气量,采用大、小机组相结合的方案配置,系统将更灵活,经济性更好。
沼气从沼气储存罐抽出后在脱硫塔脱硫,然后在沼气前处理装置经增压脱水过滤后输入到沼气发电机组里。当沼气发电机组不使用时,沼气直接进到溴化锂制冷空调用于制冷。当沼气过量时,火炬点火保证储气罐安全。
做完啤酒之后的料渣产生的沼气用来发电,再来实现三联供系统。其实原理很简单,就跟燃气热电冷三联供差不多。这个系统实现了并网运行,珠江啤酒厂本身有一个小的发电厂,可以实现并网运行,现在经济效益也非常好。有两种余热可供利用,一个是发电机的烟气,另一个是缸套水。而且用了前面的模式。
在这个系统里面有一个比较关键的设备叫做烟气三通阀,也可能发电烟气用不完,也有可能到了天气比较凉爽的时候可能制冷量不需要那么大,发电还需要再进行。这要求我们的烟气要排出到外面去,而不是进入到机组里面。在制冷量相对较小,烟气量相对大的情况下不断进入机器,对机器会有影响,导致机器结冰这样的事故发生。烟气三通阀的设计温度是600度,在恶劣的环境中能正常运转。开度完全是根据供回水的温度自动控制。根据烟气量需要量再来计算烟气阀的开度。烟气量的多少是通过对外界的测算,主要看机器的初始温度,当初始温度是7度,需要量比较小的情况下回水变成11度,机器出水温度达到6.5度,给烟气三通阀一个指令,即需要烟气量小一些,这是非常重要的,是在系统里实现良好控制和可靠性的一个非常关键的部件。在冷热电三联供系统里面一定要有这样一套装置。
经济效益评估
这个案例的经济效益相当可观,整个项目的回收期不到四年的时间,财务内部收益率是26.1%。
本项目的投资利润率为28.64%,投资回收期仅为3.77(含建设期)年,每年可产生和制冷所节约的电力约970万千瓦时。创造600万元的经济效益,每年将减少二氧化硫排放约18.63吨,相应的每年增加23.32t单质硫回收可出售。
项目意义
本项目是中国啤酒行业第一单沼气综合利用热电联产(CHP)发电机组项目。
本项目采用先进的热电冷三联供技术。卡特彼勒燃气发电机组利用回收的沼气发电,通过配电系统与厂内供电并网,并利用远大回收装置回收余热转换为冷源。
此外,本项目还具有很好的经济效益和环保意义,每年的发电制冷收入将达到600多万元。沼气回收利用率可达98%以上,每年将减少18.63t 二氧化硫和450t二氧化碳的排放量,并且根据《京都议定书》中的清洁发展机制(CDM - Clean Development Mechanism),可将每年少排放的二氧化碳排放权出售给发达国家,同时为我国创造巨大的经济效益。

2011年5月4日星期三

新疆维吾尔自治区部分地区-冷热电联产分布式能源系统(CCHP)简介


概述
根据新疆维吾尔自治区能源价格统计表上的能源价格,我们认为在新疆维吾尔自治区的部分城市采用冷热电联产分布式能源系统,不仅可以给当地带来能源消耗的节省,同时可以降低使用单位的使用费用。
按照能源价格统计表上的统计,适合做冷热电联产分布式能源系统的城市有:
1、乌鲁木齐市
2、昌吉回族自治州
3、吐鲁番地区
4、巴音郭楞蒙古自治州
5、喀什地区
6、克拉玛依
一、能源参数
城市 商业电价格(元/kw.h) 天然气价格(元/m3) 备注
乌鲁木齐市 0.840 1.34 冷热电用气价格大体和锅炉用气价格相当,在很多地方出台了节能技术的优惠用气价格
昌吉回族自治州 0.930 1.34
吐鲁番地区 0.703 1.25
巴音郭楞蒙古自治州 0.780 0.80
喀什地区 0.830 1.34
克拉玛依 0.550 0.5439
二、冷热电系统的节约分析
冷热电三联产分布式能源系统是一种节能非常显著的供电、制热和空调的综合技术。该技术是国家重点推荐的节能技术,同时采用本技术可以得到政府在天然气价格方面的优惠。
冷热电三联产分布式能源技术的核心是天然气能源的梯级利用。采用这种技术可以使天然气的使用效率达到92~96%。特别是可以将天然气的高品位势能完全利用,使天然气的价值得到完全释放。

冷热电联产原理图
冷热电联产原理是:
第一级利用:天然气热值为10kw/m3 ,燃烧时温度为1400℃,该温度用于锅炉或空调机使用时,没有充分利用天然气的高品位势能。天然气势能最佳使用途径——发电。
第二级利用:天然气发电后的尾气温度在450~500℃之间。这个温度最适合进入余热锅炉或余热空调机使用。
第三级利用:余热空调机和余热锅炉以及内燃发电机的缸套热水温度在90℃~100 ℃ 。该热水可以用于吸收式空调机制冷或直接用于取暖。

冷热电联产示意图
三、冷热电带来的运行费用节省
冷热电带来的节约,主要来源于两部分。①发电带来的节省;②余热的节省。
1、发电成本
1m3天然气可以发电3.6~4.12kw电力,同时获取0.5m3的热量。每度电需要0.08元的设备运费用(该费用包含、大修、小修和例行维修及运行润滑油费用)。
1)发电余热不回收的发电成本
天然气发电成本计算为=天然气价格÷发电量+单位运行费用。
计算出的各个适合使用冷热电联产项目城市的发电成本为(热量不回收):
表一:不进行热回收的CCHP发电成本
城市 CCHP发电价格(元/kw.h)
发电率36% CCHP发电价格(元/kw.h)
发电率41.2%
乌鲁木齐市 0.452222 0.405243
昌吉回族自治州 0.452222 0.405243
吐鲁番地区 0.427222 0.383398
巴音郭楞蒙古自治州 0.302222 0.274175
喀什地区 0.452222 0.405243
克拉玛依 0.231083 0.212015
2)发电余热回收的发电成本
天然气发电成本计算为=天然气价格÷发电量+单位运行费用-余热回收热量费用。
热量全部回收(夏季可以用于制冷、冬季可以用于取暖,或者热量用于制取生活热水),则发电成本为(表二):
表二:进行热回收的CCHP发电成本
城市 CCHP发电价格(元/kw.h)
发电率36% CCHP发电价格(元/kw.h)
发电率41.2%
乌鲁木齐市 0.266111 0.242621
昌吉回族自治州 0.266111 0.242621
吐鲁番地区 0.253611 0.231699
巴音郭楞蒙古自治州 0.191111 0.177087
喀什地区 0.266111 0.242621
克拉玛依 0.155542 0.146007
2、运行费用节省。
运行费用降低率=(商业电价格-发电价格)÷商业电价格。
1)热量不进行回收时,运行费用降低率如表三所示。
表三:不进行热回收的CCHP发电运行费用降低率
城市 CCHP发电价格(元/kw.h)
发电率36% CCHP发电价格(元/kw.h)
发电率41.2%
乌鲁木齐市 46.164% 51.7568%
昌吉回族自治州 51.374% 56.4255%
吐鲁番地区 39.2287% 45.4626%
巴音郭楞蒙古自治州 61.2536% 64.8494%
喀什地区 45.5154% 51.1756%
克拉玛依 57.9848% 61.4519%
2)热量全部得到回收的情况下,运行费用降低率如表四所示:
表四:进行热回收的CCHP发电运行费用降低率
城市 CCHP发电价格(元/kw.h)
发电率36% CCHP发电价格(元/kw.h)
发电率41.2%
乌鲁木齐市 68.3201% 71.1165%
昌吉回族自治州 71.3859% 73.9117%
吐鲁番地区 63.9245% 67.0414%
巴音郭楞蒙古自治州 75.4986% 77.2965%
喀什地区 67.9384% 70.7685%
克拉玛依 71.7197% 73.4532%
从上面四个表格可以看出,在新疆地区投资冷热电联产分布式能源项目,费用节省相当显著(主要是燃气价格较低),投资回收期也很短。
四、国家相应的法规
1、《建设部关于建设领域资源节约今明两年重点工作的安排意见》建科[2005]98 号
2、《公共建筑节能设计标准》GB 50189一2005
3、《关于印发“十一五”十大重点节能工程实施意见的通知》发改环资[2006]1457 号
4、中国节能技术政策大纲(2006 年)
5、《能源发展“十一五”规划》(国家发展改革委,二OO七年四月)
6、《天然气利用政策》特急 发改能源[2007]2155 号
7、《节能发电调度办法(试行)》国办发[2007]53 号
8、《中华人民共和国节约能源法》(2008年4月1日实施)
9、《关于贯彻实施《中华人民共和国节约能源法》的通知》发改环资[2008]2306 号
10、《 中华人民共和国能源法》(征求意见稿)
by  黎鸿
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