燃氣集團調(diào)度大樓工程熱電冷聯(lián)產(chǎn)能源島

1、北京燃氣集團控制中心大樓熱電冷聯(lián)產(chǎn)能源島技 術(shù) 方 案上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究所2001年3月5日方案編制人員： 李名遠（教授級高級工程師）張時飛（高級工程師）陳 鍵（工程師）韓曉平（中國電機工程學(xué)會熱電專業(yè)委員會新技術(shù)委員 中國能源網(wǎng)信息主管）范鶴海（中國能源網(wǎng)高級技術(shù)顧問 教授級高級工程師）1、概述：2000年由國家發(fā)展計劃委員會、國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會、建設(shè)部和國家環(huán)?？偩致?lián)合下發(fā)了關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定。這是貫徹中華人民共和國節(jié)能法，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、落實環(huán)?；緡吆吞岣哔Y源綜合利用效率的重要行政規(guī)章。規(guī)定再次明確了國家鼓勵發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的政策，支持發(fā)展以天然氣為燃料的燃氣輪機熱電聯(lián)產(chǎn)熱

2、電冷聯(lián)產(chǎn)項目，特別強調(diào)了國家積極支持發(fā)展小型燃氣機組組成的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。目前，北京、天津等地正在積極利用陜甘寧天然氣資源，上海、江蘇和浙江等地正在開拓“西氣東輸”工程實施后的天然氣市場，這些都為發(fā)展小型燃氣輪機及小型燃氣內(nèi)燃機熱電聯(lián)產(chǎn)提供了機遇。世界各國的實踐表明，發(fā)展能源梯級利用的小型熱電聯(lián)產(chǎn)是合理、高效利用天然氣資源的最佳手段，對于改善環(huán)境、消化因燃料調(diào)整帶來的成本增加，都是最好的解決方案之一。為響應(yīng)國家關(guān)于環(huán)境保護的要求，改善首都及周邊地區(qū)的大氣質(zhì)量，開拓天然氣的合理、高效用途，擬在燃氣集團調(diào)度大樓項目中，建設(shè)以天然氣為燃料的燃氣熱電冷系統(tǒng)，以替代目前常規(guī)的燃氣鍋爐采暖和電力空調(diào)制冷系統(tǒng)

3、，緩解夏季制冷用電高峰，平衡天然氣利用。本項目是北京市燃氣集團在天然氣利用方面的一個示范工程，也是對清潔能源高效、綜合利用的高科技示范工程，將為優(yōu)化我國大中城市區(qū)域、樓宇供能系統(tǒng)和治理大氣環(huán)境污染提供寶貴的經(jīng)驗。2、項目名稱：燃氣集團調(diào)度大樓熱、電、冷三聯(lián)供示范工程，北京煤氣熱力設(shè)計研究院簡稱為：“燃氣集團調(diào)度大樓發(fā)電機房工程”。由于樓宇熱電冷聯(lián)產(chǎn)是一個相對比較獨立的綜合能源系統(tǒng)，根據(jù)國際慣例，建議稱之為：“能源島”系統(tǒng)（以下簡稱：“能源島”）。3、項目依據(jù)：根據(jù)北京市燃氣集團的要求，北京燃氣熱力設(shè)計院編制了一個“北京燃氣集團調(diào)度大樓發(fā)電機房工程方案”。根據(jù)北京燃氣集團和北京燃氣熱力設(shè)計院要求

4、，我們在上述方案的基礎(chǔ)上研究、編制了：1、 燃氣輪機余熱鍋爐蒸汽溴化鋰吸收式空調(diào)機；2、 燃氣輪機余熱 / 直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機；3、 燃氣內(nèi)燃機并聯(lián)型余熱 / 直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機三個方案。4、項目概況：燃氣集團調(diào)度大樓，位于官園青年宮北側(cè)，大樓建筑面積31800m2，地上十層，地下二層。是北京市天然氣管網(wǎng)監(jiān)控和調(diào)度中心。同時也是為使用天然氣用戶提供報裝、報修、IC卡結(jié)算中心以及輔助辦公等多功能的調(diào)度大樓。為滿足本建筑的用電、冬季采暖及夏季空調(diào)制冷的需要，擬建設(shè)以天然氣為燃料的燃氣發(fā)電、供熱、供冷三聯(lián)供的示范工程。本工程能源配置的原則是“以基荷電力定容量，不足電力從電網(wǎng)補充，不足熱量補燃

5、解決”和電力“并網(wǎng)不上網(wǎng)”。因此燃氣發(fā)電裝置的功率選擇，最好接近或小于大樓要求的電力?？晒┻x擇的燃氣發(fā)電裝置是小型燃氣輪機或小型燃氣內(nèi)燃機。燃氣輪機和燃氣內(nèi)燃機都是可燃用氣體或液體燃料的發(fā)電動力裝置，兩種發(fā)電裝置各有特色，燃氣內(nèi)燃機的發(fā)電效率較高（一般可大于35%）但熱電比較?。?），而燃氣輪機的發(fā)電效率相對較低（一般不超過25%）但熱電比較大（大約為2到3）。5、設(shè)計依據(jù)：5.1、本工程的電、熱、冷負荷根據(jù)北京建筑設(shè)計院提供的數(shù)據(jù)為極限需求，但根據(jù)北京地區(qū)的實際運行情況，以下列數(shù)據(jù)作為建議值：序號項目建筑面積指標(biāo)負荷預(yù)計適用指標(biāo)預(yù)計適用負荷單位M2W/ M2kWW/ M2kW1熱318009

6、0286260-7022262冷3180087276770-8025443電3180080254430-4012724生活用水31800395.4395.45.2、運行小時：預(yù)計利用時間季節(jié)單位周期天數(shù)日利用小時比例實際利用時間冬季采暖期hrs1511041.37%1055夏季制冷期hrs1231033.70%859春秋非采暖制冷期hrs911024.93%636總計hrs36510100.00%25505.3、電價熱價的確定：5.3.1 電網(wǎng)電價計算：根據(jù)北京市峰谷差電價規(guī)定，高峰為0.835元/kWh，平峰為0.502元/kWh，低谷為0.19元/kWh。預(yù)計每天有8小時在高峰用電，2小時

7、在平峰用電。電價計算時段電價利用時間單位元/kWhhrs高峰0.8358平峰0.5022平均0.7684105.3.2 熱價計算：根據(jù)北京市天然氣供熱采暖收費標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，采用天然氣小型燃氣鍋爐采暖的收費為：項目單位數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)熱價元/M3/a35采暖周期days151hrs3624供暖標(biāo)準(zhǔn)kW/M358Kcal/M350熱價元/MW166.5元/Mcal193.6采用天然氣集中采暖的收費為：項目單位數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)熱價元/M3/a28采暖周期days131hrs3144供暖標(biāo)準(zhǔn)kW/M358Kcal/M350熱價元/MW153.5元/Mcal178.55.4、天然氣熱值與單價：5.4.1、天然氣熱值：351

8、69.12kJ/Nm3( 8400 kcal/Nm3 )。5.4.2、陜甘寧天然氣成分及特性具體成分如下：項目單位組成數(shù)值甲烷%CH495.9494乙烷%C2H60.9075丙烷%C3H80.1367硫化氫%H2S0.0002二氧化碳%CO23.000水%H2O0.0062高位熱值MJ/Nm339.0051低位熱值MJ/Nm335.1597密度Kg/Nm30.7616比重0.589動力粘度U×10-40.1056運動粘度V×10-40.1385爆炸上限%5.10爆炸下限%15.365.4.3、天然氣單價：1.4元/Nm36、裝機方案：6.1、燃氣輪機方案：6.1.1、根據(jù)第

9、4條，工程根據(jù)“以基荷電力定容量，不足電力從電網(wǎng)補充，不足熱量補燃解決”和“并網(wǎng)不上網(wǎng)” 原則，建議選用一臺1000kW級發(fā)電設(shè)備，由于國內(nèi)使用最多的小型燃氣輪機是Solar公司的產(chǎn)品，資料充分，所以燃氣輪機以Solar Turbines生產(chǎn)的Saturn20機組技術(shù)數(shù)據(jù)作為設(shè)計依據(jù)。Solar Saturn20 燃氣輪機技術(shù)指標(biāo)項目單位技術(shù)指標(biāo)發(fā)電出力KW1177燃料耗量GJ17.45單位燃耗%24.28發(fā)電效率kJ/kWh14825.83排煙溫度512.7煙氣流量kg/hrs22918余熱回收量KW2474熱電綜合效率%75.32長Mm5980寬Mm2200高Mm2180重Kg9980Sa

10、turn 20 CHP 熱、電供應(yīng)能力季節(jié)單位冬季夏季春秋日間平均溫度02820燃機發(fā)電出力kWh117010671152平米電量w/M2373436燃機供熱出力kWh23582140平米熱量w/M270796.1.2、燃氣輪機前置循環(huán)余熱利用方案：6.1.2.1、燃氣輪機余熱鍋爐蒸汽溴化鋰吸收式空調(diào)機方案（方案）。6.1.2.2、 燃氣輪機余熱 / 直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機方案（方案）。6.2、燃氣內(nèi)燃機方案：6.2.1、根據(jù)第4條原則，建議選用一臺1000kW級發(fā)電設(shè)備。燃氣內(nèi)燃機以Caterpiller生產(chǎn)的G3516LE的燃氣內(nèi)燃機機組技術(shù)數(shù)據(jù)作為設(shè)計依據(jù)。Caterpiller G35

11、16LE 燃氣內(nèi)燃機項目單位技術(shù)指標(biāo)發(fā)電出力kW975燃料耗量GJ10.23單位燃耗kJ/kWh10130發(fā)電效率%35.54排煙溫度511煙氣流量kg/hrs6232缸套冷卻水溫度99中冷器卻水溫度54余熱回收量kW1103熱電綜合效率%73.12長mm5000寬mm1900高mm2100重kg13000Caterpiller G3516LE 燃氣內(nèi)燃機季節(jié)單位內(nèi)燃機發(fā)電出力kWh975平米電量w/M231內(nèi)燃機供熱出力kWh1103平米熱量w/M234.76.2.1.1、燃氣內(nèi)燃機前置循環(huán)余熱利用方案：燃氣內(nèi)燃機并聯(lián)型余熱 / 直燃溴化鋰吸收式空調(diào)機方案（方案）7、燃料消耗量：7.1、燃氣

12、輪機機組天然氣耗量計算結(jié)果列表如下：使用燃氣輪機的供熱能力可以滿足樓宇的實際需求。如果需要達到設(shè)計最高值，只有方案I需要安裝一臺小型天然氣蒸汽鍋爐，作為尖峰調(diào)峰使用，也可作為夜間保溫設(shè)施，以保障熱力系統(tǒng)的安全運行。方案II，可以利用擴大余熱直燃機的功率，使其達到大樓采暖、制冷的設(shè)施要求。燃氣輪機天然氣消耗量項目單位耗量容量kW1177單位熱耗kJ14826總?cè)己腉J17.45天然氣熱值kJ35169天然氣消耗量M3/h496運行周期hrs2550年天然氣耗量M3/a12652437.2、燃氣內(nèi)燃發(fā)電機組天然氣耗量計算結(jié)果列表如下：方案III，也是利用擴大余熱直燃機的功率，使其達到大樓采暖、制冷

13、的設(shè)施要求。燃氣內(nèi)燃機天然氣消耗量項目單位耗量容量kW975單位熱耗kJ10494內(nèi)燃機總?cè)己腉J10.23天然氣熱值kJ35169內(nèi)燃機天然氣消耗量M3/h291補燃量GJ5.02系統(tǒng)總?cè)己腉J15.25運行周期hrs2550年天然氣耗量M3/a11057327.3、單位千瓦天然氣成本：7.3.1、燃氣輪機方案：燃氣輪機冬季單位燃氣輪機直燃機燃機發(fā)電供熱(電)量KW23581170燃料消耗量GJ/h17.129.437.69 天然氣熱值KJ35169.12天然氣耗量M3/h486.79268.19218.60天然氣價格元/M31.4小時燃料成本元/hrs681.51375.47306.04設(shè)

14、備利用時間Hrs1055季節(jié)總成本元/a718943396091322853千瓦燃料費元/kWh0.2616燃氣輪機夏季單位燃氣輪機燃氣鍋爐燃機發(fā)電供熱(電)量KW21401067燃料消耗量GJ/h16.448.567.88 天然氣熱值KJ35169.12天然氣耗量M3/h467.46243.40224.06天然氣價格元/M31.4小時燃料成本元/hrs654.44340.75313.68設(shè)備利用時間Hrs859季節(jié)總成本元/a562368292815269554千瓦燃料費元/kWh0.2940燃氣輪機春秋單位燃氣輪機燃氣鍋爐燃機發(fā)電供熱(電)量KW01152燃料消耗量GJ/h16.440.0

15、016.44 天然氣熱值KJ35169.12天然氣耗量M3/h467.460.00467.46天然氣價格元/M31.4小時燃料成本元/hrs654.440.00654.44設(shè)備利用時間Hrs636季節(jié)總成本元/a4160610416061千瓦燃料費元/kWh0.56817.3.2、燃氣內(nèi)燃機方案：燃氣內(nèi)燃機冬季單位內(nèi)燃機補燃直燃機內(nèi)燃機發(fā)電供熱(電)量kW110312552358975燃料消耗量GJ/h10.235.029.435.82 天然氣熱值kJ35169.12天然氣耗量M3/h290.92142.74268.19165.47 天然氣價格元/M31.4小時燃料成本元/hrs407.281

16、99.83375.47231.65 設(shè)備利用時間hrs1055季節(jié)總成本元/a429657210812396091244378 千瓦燃料費元/kWh0.2376燃氣內(nèi)燃機夏季單位內(nèi)燃機補燃直燃機內(nèi)燃機發(fā)電供熱(電)量kW110310372140975燃料消耗量GJ/h10.234.158.565.82 天然氣熱值kJ35169.12天然氣耗量M3/h290.92117.94243.40165.47 天然氣價格元/M31.4小時燃料成本元/hrs407.28165.12340.75231.65設(shè)備利用時間hrs859季節(jié)總成本元/a349985141892292815199063 千瓦燃料費元/

17、kWh0.2376燃氣內(nèi)燃機春秋單位內(nèi)燃機補燃直燃機內(nèi)燃機發(fā)電供熱(電)量kW0975燃料消耗量GJ/h10.230.0010.23天然氣熱值kJ35169.12天然氣耗量M3/h290.920.00290.92天然氣價格元/M31.4小時燃料成本元/hrs407.280.00407.28設(shè)備利用時間hrs636季節(jié)總成本元/a2589320258932千瓦燃料費元/kWh0.41778、熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)( 能源島 )的運行工況8.1、方案熱電冷聯(lián)產(chǎn)( 能源島 ) 系統(tǒng)運行工況一覽表方案 I 技術(shù)指標(biāo)項目單位冬夏春秋環(huán)境條件02820動力機出力kW117010671152余熱鍋爐蒸汽量kg/h3

18熱量kW223325162563蒸汽制冷量kW29008.2、方案熱電冷聯(lián)產(chǎn)(能源島)系統(tǒng)運行工況一覽表方案 II 技術(shù)指標(biāo)項目單位冬夏春秋環(huán)境條件02820動力機出力kW117010671152直燃機換熱制冷量kW269029008.3、方案熱電冷聯(lián)產(chǎn)(能源島)系統(tǒng)運行工況一覽表方案 III 技術(shù)指標(biāo)項目單位冬夏春秋環(huán)境條件02820動力機出力kW970970970直燃機余熱/補燃換熱制冷量kW269029008.4 燃氣輪機與燃氣內(nèi)燃機減工況技術(shù)性能比較：燃氣輪機/燃氣內(nèi)燃機減功率比較項目單位100%75%50%30%燃氣輪機發(fā)電kW1170877.5585351效

19、率%24.121.418.714.12燃耗量GJ/h17.514.811.38.9平米電量W/m237281811燃氣輪機供熱轉(zhuǎn)換量kW2430208117321497熱電綜合效率%74.1572.1574.0674.34平米熱量W/m276655447燃氣輪機制冷轉(zhuǎn)換量kW22611779.51298977COP%1.271.381.491.52實際制冷量kW2871245619341485平米冷量W/m290776147燃氣內(nèi)燃機發(fā)電kW970728485效率%0.310.300.30燃耗量GJ/h11.48.65.9平米電量W/m2312315燃氣內(nèi)燃機供熱轉(zhuǎn)換量kW1031838658

20、熱電綜合效率%63.1165.3669.83平米熱量W/m2322621燃氣內(nèi)燃機制冷轉(zhuǎn)換量kW1031838658COP%0.9511.1實際制冷量kW979838724平米冷量W/m23126239、回收年限：9.1、工程投資估算表：序號工程項目或費用名稱單位方案方案方案常規(guī)1原動機價格萬美元656533萬人民幣539.5539.5273.92余熱鍋爐或輔助鍋爐萬人民幣803蒸汽型溴化鋰冷水機萬人民幣2004余熱型-直燃溴化鋰空調(diào)萬人民幣2502652505設(shè)備費總計萬人民幣819.5789.5538.92506安裝費萬人民幣120100100407總計萬人民幣939.5889.5638.92908工程投資差價萬人民幣649.5599.5348.909.2、投資及運行成本分析比較：序號方案狀況單位購電直燃機1項目燃機-鍋爐-空調(diào)Saturn20+直燃G3516LE+直燃2年發(fā)電量冬季kWh123427012342701023284-12342