燃气热电联产系统设计优化探讨

摘要：本文对燃气热电联产系统工作原理进行总结，就系统的设计优化工作做了简要分析，所做的设计方案供同行在做工程建设时参考。

关键词：  热电联产  设计

1然气热电联产系统简介

热电联产系统并不是一种新技术新发明，它是从传统热电厂供能方式中衍生而出的一种新的供能理念。与传统热电厂相比，热电联产系统在靠近终端用户侧安装使用，在提供电能的同时利用发电余热提供热能，这种能源阶梯利用方式更加有效的提高了一次能源的综合利用效率。热电联产系统一般由发电机组（燃气轮机、往复式内燃机组等）、余热回收装置、系统控制装置、燃料供给系统以及机房进排风系统等一系列配套设施构成。

1.1发电机组工作原理

发电机组主要由原动机、发电机、机组控制系统、底座弹性支架等部件组成。由原动机做功提供机械能，再通过弹性联轴器将机械能传递给发电机，最后发电机将机械能转化成电能。目前，热电联产系统中多采用燃气轮机和燃气往复式内燃机作为原动机提供动力，同时搭配标准的三相无刷同步发电机或者高频发电机，后者需要采用逆变后才能并网运行，一般燃气轮机搭配高频发电机，往复式内燃机搭配三相无刷同步发电机田。发电机根据电压等级分为低压和高压两种规格，低压从400一690V，高压从3一15kV。

1.2发电机组选型

热电联产系统核心设备是燃气发电机组，在整个系统中发电机组起着决定性作用。在选型前必须充分了解项目今后实际运行电负载和冷热负载，在运行区间段之间选取最小小时电负荷功率，同时对项目冷热负荷进行测算。通常机组产热量大于发电量，而热量又可以进行储存，所以根据“以热定电”原则进行选型，优先考虑发电效率高的机组。表1为上海地区冷热电负荷设计参考数据。

表1上海地区最大相关负荷设计参数

2分布式供能系统设计要点

2.1机房选址

机房是分布式供能系统的主要放置场所，机房的建造直接影响到今后的系统运营，一旦机房建好后，后期的改动费用很高，改动难度大，而且始终不尽人意，规划设计的时候一定要考虑今后是否有规模扩大的需求。机房选址需要考虑最小输电损失、最小输热损失、噪音问题、震动问题、进排风问题，现有楼内机房应尽量将机组靠近外围便于安装进排风系统，可以充分利用地下室、屋顶、地面场所，但是在医院、宾馆、学校和高精密度仪器设备摆放场所，要优先考虑震动和噪音问题。安装大机组的机房内应当考虑安装起重设备，最大起重能力根据单件最大重量设计，方便今后维修[3]。

2.2设备基础

设备基础强度必须可以承受设备的最大运行重量，在采用往复式活塞发动机的分布式供能时，由于内燃机活塞做往复式运动时，重力惯性无法被完全平衡机组震动大，设备运转中会通过发动机底座将震动传递给基础，此时基础强度必须能支撑机组湿重外加动载25%，机组底座与基础之间安装减震装置，在震动要求严格的场所，可以采用弹簧地板。

基础通常采用混凝土结构，要求外围尺寸必须超过机组边缘300m m，当机房地面是混凝土结构或楼板时，在表面直接浇筑混泥土基础，基础筋与楼板连接采用均匀焊接、植筋焊接和膨胀螺丝焊接方式，基础高度超出机房地面100一200m m ，混泥土基础要保证一定的养护期，设备才可以就位。

2.3机房降噪

机房噪音传播方式有结构传播和空气传播两种，机房建造时一般考虑采用整体降噪措施，标准墙厚度为24cm或者36 cm，可以降低40dB左右，机房墙面安装消音材料可以再降低10dB左右，进排气口考虑安装2m一3m的进排气消音箱，进气口流速不超过8m /s，抽气口不超过6m /s;机房降噪还需要考虑门和窗户，特别需要注意的是表面吸音材料不能采用纤维材料，因为空气振动会引起部分纤维脱落，可能被吸入发动机空气滤芯器，降低发动机的工作效率。

噪音衰减计算公式

距离衰减公式：

式中：r1一噪音源到测量点r1的距离，m;

   r2一噪音源到测量点r2的距离，m;

   Lrl一测量点r1处噪音值，dB （A）;

   Lr2一测量点r2处噪音值，dB （A）。

   例：距离增加1倍，噪音衰减6dB （A）。

   相同噪音叠加公式：

2.4机房通风系统

机房通风系统用以提供燃烧设备运行时需要的助燃空气，消除设备及余热回收设备等散发出的热量，满足操作人员需要的新鲜空气量。同时保持机房的通风换气量，可以防止可燃气体在机房内积聚，防止事故发生[1]。

机房通风系统可归纳成三种类型，分别为正压型、负压型和综合型，正压型是保证机房内气压略大于外界大气压，可以防止外部灰尘进入机房;负压型是风机向外抽气，如果机房内负压小于lm bar，发动机进气在机房内的话负压太大影响发动机起动，尤其是天然气发动机;其次机房内门无法轻易打开，特别是应急出口，外部灰尘容易通过缝隙进入;综合型适用于排气距离比较长，通风系统内压力损失大，进排风风机转速要匹配好，保持机房内压力与外界气压相同;0℃以上可采用变频风机控制进气温度，低于0℃需采用空气回流方式，回流方式通过直接将排气回流到进气系统提高进气温度，有利用机组天冷时启动[3]。

2.5余热回收系统

余热回收系统是整个分布式供能系统节能减排的关键，而余热回收系统的关键在于合理的余热回收设备选型和系统设计。余热利用方式有直接制取生活热水、空調采暖和提供给澳化锉机组制冷。以传统换热设备板式热交换器为例，具有结构紧凑、易于清洗、日后可以增加容量等优点，在选取板式换热器时，根据选型参数需要再增加15%的备用能力以及测算换热器的工况特性，表2为板式换热器换热曲线图。

图2板式换热器换热曲线

板式换热器最佳经济性特征：1）对数温度差大于4℃， 2）进出水温温差（一次侧、两次侧）大于2℃。对数温度差的计算公式：

式中△Q一对数温度差，℃;

   △φa一一次侧高温进口与二次侧高温出口温差，℃;

   △φe一一次侧低温出口与二次侧低温进口温度，℃。

2.6天然气进气管路

天然气管路根据《城镇燃气设计规范》进行设计和施工，通常市政燃气管道铺设到设备旁，与设备连接段根据厂家要求进行设计和连接。 天然气接入管路基本配置：①燃气总管接入一②球阀一③压力表一④燃气过滤器一⑤压力监控传感器一⑥电磁阀一阻火器（天然气不用），燃气杂质较多时前面布置过滤器。如果燃气进气压力大于设备压力时，需要增加燃气调压设备。

燃气管路安装注意事项：1）燃气调压设备尽量靠近发动机，调高相应能力。2）腐蚀性气体管路使用非铁材料。3）燃气调控设备水平安装，与发动机连接采用弹性无应力安装，具体根据设备指示安装。4）相关设备按规定布置。5）燃气放空阀管径合适，放到机房外面。6）燃气出口到发动机混合气不能超过3m，最多允许3个90度弯头。7）燃气切断阀（安全阀），采用通电开启（弹簧关闭）。

3结语

在《分布式供能系统工程技术规程》中，分布式供能系统为政府进一步优化能源结构，提高能源综合利用率，减少污染物排放提供了新的技术手段。由于分布式供能系统设计工作相对繁琐，涉及的专业领域较多，在专业设计人员在设计过程中，设计人员要抓住关键环节，理顺设计思路，将复杂的热电站热电联产设计简单化，模块化，使热电站的设计进度更快，设计质量更高。

参考文献：

[1]DG迩贝8-115-2008.分布式供能系统工程技术规程[S].

[2]CJJ45-2010.燃气冷热电三联供工程技术规程[S].

[3] ISBN 978-4-8190-2008. 2008 Cogeneration Plan and Design Manual[S].

[4] LEK Q 2386-1996.燃气分布式供能系统应用安装手册[Z].

[5]刘惠萍.上海市天然气热电联产应用研究[J].上海節能.2005.

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