天然气分布式能源系统在工业园纺织工艺中的应用 王宸曦

发表时间：2018-05-07T15:36:05.757Z 来源：《电力设备》2017年第35期 作者： 王宸曦

[导读] 摘要：本文探讨利用区域型分布式能源系统对纺织类企业自建小容量燃煤、燃油供热锅炉进行改造，为工业用户提供电力、蒸汽需求。

(华电分布式能源工程技术有限公司 北京 100070)

摘要：本文探讨利用区域型分布式能源系统对纺织类企业自建小容量燃煤、燃油供热锅炉进行改造，为工业用户提供电力、蒸汽需求。改造后，运行维护成本降低，减少占地，没有粉尘等污染物，同时满足了工业园区整体的能源需求，解决了企业由于环保压力无法扩产甚至关停的问题，有效地缓解当地环境污染的现状。

关键词：分布式能源；导热油炉改造；定型机；节能减排 1引言

天然气分布式能源是指以天然气为燃料，通过冷热电联供的方式实现能源梯级利用，年均综合能源利用率在70%以上，实现靠近用户侧的能源供给。分布式能源项目一般按“以热（冷）定电、欠匹配”的原则设计，所发电力自发自用、余电上网，具有能源梯级利用及综合能源利用效率高的特征。

国内天然气产业近年来发展迅速，各省市新规划了许多新工业园区，不仅新增了较大的电力需求，更有较稳定的工业蒸汽或者生活冷热负荷等的需求，此类工业园区适合采用分布式能源系统。伴随着我国电力体制改革、天然气供应的大幅改善以及碳交易市场的启动及雾霾治理高污染锅炉关停等，分布式能源项目迎来了良好的发展机遇。

本文以广东省某工业园区为例，探讨天然气分布式能源系统如何改善园区的能源供给及对环境的改善情况。该工业园区以家具生产、纺织印染等企业为主，而大部分纺织企业对布匹的定型均使用导热油炉，导热油炉的燃料有柴油、煤、生物质等，污染物排放超标，企业面临关停风险。因此，目前考虑将导热油炉改造成蒸汽定型机，为工业园区内纺织企业定型机提供蒸汽，从而达到布匹定型、烘干的目的。通过分布式能源站的应用，提高能源利用效率，实现能源梯级利用，有效地缓解当地大气污染的现状。 1.1 当地发展分布式能源的必要性

（1）工业园区发展空间大，热负荷日益增长

该工业园区毗邻广州，地理位置优越，随着该地区经济的快速发展，产业集群规模扩大，大批新兴的电子电器、机械产业进驻园区，工商业热负荷需求快速增长，分散热源点已无法满足企业需求。因此，建设一座规模适当的冷、热、电三联供的分布式能源站，就近向园区内的企业提供工业生产蒸汽、冷负荷及生活热水，是非常必要的。 （2） 减少环境污染，节能减排

目前工业园周边没有集中供热，企业均依靠自建小容量燃煤燃油供热锅炉提供热源。据调查，该区域现有自备锅炉47台，这些小容量锅炉效率低，且没有脱硫、脱硝设施，对大气造成严重污染。《广东省锅炉污染整治实施方案（2016-2018）》中“加快燃料清洁化进程、进一步减少锅炉大气污染物排放。到2017年底，通过热电联供和集中供热建设等措施，完成小型高污染锅炉更新替代”[1]。艰巨的节能环保任务，加上当地政策的支持，稳定的负荷需求及水、气、电等能源供应为该地区发展分布式能源提供了良好的条件。项目对保护生态环境、节能减排也有重大的意义。

1.2 发展分布式能源系统的可行性

随着燃气轮机技术的发展和进步，中国引进了燃气轮机生产制造技术，同时配套的余热锅炉生产制造及相应的高参数汽轮机技术的发展和成熟，为降低设备成本，降低整个工程造价创造了有利条件。世界上主要的燃机制造公司，在中国有的转让技术，或者成立合资公司，不仅在中国电力市场展开了充分的竞争，从而使得燃机的价格更趋合理。相信，随着燃机售后服务水平和能力的提高，将会更进一步促进分布式能源系统在中国的应用。 2. 纺织企业背景

坯布印染加工流程一般分为坯检及缝接坯布、退浆、染色、烘干、中检、定型。在印染生产工艺中、后过程需要加热，尤其是定型需要较高温度，一般在180-220℃范围。几乎所有印染企业使用的定型机都是导热油炉。由于企业自己管理使用燃煤燃油等燃料的低效率导热油炉，没有除尘脱硫等措施，不利于节能环保，且导热油需要定期更换，存在高温起火的危险；此类锅炉基本被列为淘汰、关停的范畴；工业园区周边没有集中供热项目，所以此类企业急需油炉改造，并需要清洁、高效的分布式能源供能。

分布式能源系统可为企业提供稳定的中压蒸汽，导热油炉只需改造成适用蒸汽型的定型机即可。改造后，运行维护成本降低，减少占地，没有粉尘等污染物，蒸汽还可再闪蒸重复利用，因此，蒸汽型定型机改造在本项目中是可行的[2]。 3. 热负荷分析 3.1 热源现状

目前该区域无集中供热热源点，均为企业自备小锅炉分散供热。工业热用户的热源主要为分散式燃油、燃气、燃烧生物质锅炉房。本项目供热范围内有47台锅炉，铭牌蒸发量185.42t/h；其中有纺织化纤、木材加工、家具制造、啤酒加工、喷胶涂料和饲料加工等企业[3]。 纺织化纤类企业蒸汽主要用于布匹的烘干及定型，家具制造类企业蒸汽主要用于木材烘干、板材定型，喷涂涂料类企业蒸汽主要用于原材料加热，啤酒及饲料生产等企业蒸汽主要用于杀菌消毒。其中低参数的蒸汽用于布匹清洗、烘干及后纺工艺，蒸汽参数在压力0.6-0.8MPa，温度120-140℃ 之间；高参数的蒸汽为替代导热油的蒸汽负荷，用于布匹定型、板材定型及消毒、原材料加热等，要求的蒸汽温度在160-260℃之间。最远的企业离能源站约10km，用户所需参数约1.3 MPa(g)，200℃；每公里热网管道考虑0.5bar压力损失，5℃温降，考虑焓值折减系数、管网损失以及定型机凝结水的参数，折合至汽轮机出口的工艺蒸汽参数为3.0MPa(a)，280℃。 3.2 设计热负荷

能源站设计热负荷为供热范围内近期负荷，主要包括现状热负荷（替代小锅炉）和近期新增热负荷。能源站提供2种蒸汽：蒸汽一，能源站出口压力1.0MPa(a)、温度200℃；蒸汽二，能源站出口压力3.0MPa(a)、温度280℃。近期热负荷同时使用系数取0.8，热网损失取5%，能源站全年热负荷计算见下表。

4. 系统装机方案配置 4.1 配置原则

（1）保证系统供能安全，机组调节灵活

（2）提高系统综合能源利用效率，实现能源的梯级利用 （3）项目发电自用，余电上网 4.2 装机方案

本项目按照“以热定电、欠匹配”的原则进行设计，机组选型按平均负荷设计，兼顾高峰负荷。根据热负荷情况，全年平均蒸汽需求量约82.4t/h，最大蒸汽需求112.1t/h，考虑到国内外燃机性能及供能可靠性，考虑采用2套燃气—蒸汽联合循环系统，适合单机燃机功率应在20~40MW等级。本项目系统主要由燃气轮机发电机组、余热锅炉、汽轮发电机组构成。装机方案如下：

建设2台30MW级燃气轮机+2台双压无补燃余热锅炉+1台抽凝式汽轮机+1台背压式汽轮机+2台20t/h燃气蒸汽锅炉，机组装机容量约为80MW。

5. 技术经济及环境效益分析

本项目为工业园区供蒸汽，年均能源利用效率74.31%，热电比71.73%，发电气耗0.191m3/kWh，此容量机组（包含厂外管网）按照单位千瓦造价7750元/kW估算，总投资约6亿，项目资本金内部收益率10.6%，投资回收期12.57年。 项目建成后年节约标煤5.4万吨，年减排CO2 17.1万吨，节能率28.46%。

6. 结论

综上所述，该新型分布式能源系统，采用2套燃机组成的燃气-蒸汽联合循环机组对工业园区内纺织企业的导热油炉进行改造，不仅满足了园区内工业用户对电能的需求，更关键的是满足了用户对不同等级的蒸汽需求。项目的实施不仅取得了较好的经济收益，而且为当地环境的改善作出了贡献。因此，在类似的工业园区的改造和建设中，此次改造所取得的经验完全可以被其它纺织类企业导热油炉的改造提供借鉴。

参考文献:

1.《广东省锅炉污染整治实施方案（2016-2018）》。

2.《中压蒸汽替代导热油定型技术应用推广》，席云波，李巨翠。 3.《某区热电联产（集中供热）规划(2017年一2025年)》。