冷热电三联产方案

冷热电联产（CCHP）技术方案

1.概述

项目所在地无法提供外部电源供电系统，因此业主决定采用燃气发电机组孤岛运行，作为全厂电力供应。本项目考虑配套余热锅炉，以回收燃气发电机组高温烟气余热，副产低压蒸汽作为工艺装置热源（脱酸单元再沸器、脱水再生气蒸汽加热器）；同时配套溴冷机组回收燃气发电机组缸套水热量，并为工艺装置提供冷源（原料气预冷、冷剂压缩机段间冷却）的冷热电联产（CCHP）方案。根据工艺装置所需的冷、热、电消耗，优选与之相配套的燃气发电机组、余热锅炉和溴冷机组，以达到最大程度的回收利用发电机组烟气余热，优化主体工艺装置设备选型以及降低运行能耗的目的。

2.设计范围

该方案为燃气机组冷热电联产系统，即利用管输天然气及工艺装置所产BOG，通过燃气机组（燃气内燃机或燃气轮机）发电，机组高温尾气配套余热锅炉副产低压饱和蒸汽供工艺装置使用，机组冷却循环生成热水配套溴化锂机组副产7℃空调水供工艺装置制冷。电、蒸汽、空调水全部自用，实现冷热电联产，提高能源利用率，获得最高的系统效率，减少大气污染。

3.设计基础

甲方供气≤50×104Nm3/d，经20km长输管线进入厂区附近，降压至0.8MPaG，分为三部分：一部分（15×104Nm3/d）进入公司原有天然气液化工厂作原料气；一部分（30×104Nm3/d）加压后进入本次新建天然气液化工厂作原料气，剩余部分（3.6×104Nm3/d，折~1500Nm3/h）与BOG之间的关系进入燃气机组发电，配套余热锅炉副产低压蒸汽，同时配套热水溴化锂机组副产空调水，均供工艺装置使用。

1）电

规格：10kV（±7%），50Hz（±1%），三相三线。

30×104Nm3/d天然气液化工厂全厂有功负荷~5.4MW（已考虑照明、空调、锅炉系统、发电机组自用电以及溴化锂机组用电，~0.6MW）。

2）低压蒸汽

规格：0.6MPaG饱和蒸汽（~165℃）

液化工厂脱酸单元共需蒸汽~1.6t/h。

3）空调水

规格：7℃出水，12℃回水

制冷量：~4.15MW

其中常用制冷量1.5MW（全年使用），使用蒸汽型溴冷机组，剩余2.65MW则配合工艺系统空冷器，使用热水型溴冷机组（夏季使用，冬季不使用）。

由于项目所在地夏冬两季温差较大，夏季通过CCHP系统，配套蒸汽型及热水型溴化锂机组，即可满足工艺制冷需求，冬季则关闭热水型溴冷机组，仅开启蒸汽型溴冷机组，发电机组所产热水既可通过机组自带散热风扇移除，也可配套远置水箱及大型热交换器（增加水箱投资）用于全厂采暖，本项目考虑机组风扇直接散热。

4）燃料气

该方案燃料气气源包括管输天然气（连续供应）及工厂副产BOG（最大1232.4kg/h，66.9kmol/h），组成见下表所示。

表1.3-1 燃料气气源条件表

4.工程设想

由前述可知，该方案CCHP联产系统为天然气液化工厂配套，所产冷、热、电均供装置自用，不外送。其能力分别为：

电≥5.4MW（孤岛运行）

蒸汽≥1.6t/h（0.6MPaG低压饱和蒸汽）

制冷≥4.15MW（7℃出水，12℃回水）。

因此，该方案对于燃气发电机组选择不同于一般发电项目，并非一味要求发电效率高，而是在满足发电要求的前提下，冷、热、电负荷的分配比例尽量满足工艺装置要求。冷、热缺口则考虑另上一套溴冷机组或余热锅炉满足。同时工艺装置降负荷时，冷、热、电下降幅度尽量同步。

将装置所需冷、热、电负荷，分别考虑相应效率后，折算成机组冷热电对应比例。

表1.4-1 机组冷热电需求比例

4.1发电机组（孤岛运行，依次启动2台1.6MW混合冷剂压缩机）

按表1.4-1要求，项目组向国内外知名燃气机组供货商发出询价书，共返回1家燃气轮机、4家燃气内燃机方案（3家国外，1家国内），各机组主要性能参数对比如下。

表1.4-2 燃气机组性能参数一览表

1）“尾气可产蒸汽”考虑余热锅炉90%热利用效率；

2）“热水可产冷量”考虑热水型溴冷机组70%能效比；

3）由表1.4-1，装置所需电：汽：冷=（49.4%~53.0%）：（8.3%~9.9%）：（38.0%~41.4%）。4）装置占地目前未考虑备机占地情况。

该方案对1种燃气轮机、4种燃气内燃机的主要性能参数、占地做了比较，由上表可知：1）燃机轮机

（1）机组总输出6.75MW，自用电~0.4MW，净输出~6.35MW；且燃气轮机要求进气压力较高（2.8~3.2MPaG），需配置燃气压缩机（装机~0.55MW），净输出可以保证工艺需求；

（2）电效（31.5%）最低，燃气消耗最大，运行成本最高，且尾气余热过量最多，大量余热副产蒸汽无可利用之处；

（3）机组并无价格优势。

2）内燃机

（1）瓦克夏电输出远超工艺需求；电效率低（36.1%），可利用余热过量大，价格最昂贵；

（2）颜巴赫J320机组价格较高，性能指标满足要求，但机组副产蒸汽、冷量较多，无可利用之处；机组数量最多，要求配套余热锅炉及电气设备最多；

（3）济柴电输出最小；电效（36%）最低，燃气消耗（~1700Nm3/h）大，机组余热多；且可靠性、稳定性与国外品牌有较大差距；

（4）MTU机组从发电效率、燃气消耗、余热过量及机组投资考虑，均为最优。

经上述技术指标比选，MTU机组具有显著的技术优势。

上述方案仅考虑孤岛正常运行时，燃气发电机组的主要性能参数。但工艺装置设有两台冷剂压缩机，单台装机高达1.6MW，即使变频启动，仍会对孤网造成较大突加功率，而内燃机组抗突加功率能力不强。因此，在机组已加载~1.4MW情况下（脱酸、脱水单元正常运转），为启动冷剂压缩机，需另设1台启动发电机组，此机组兼做备用机组（见表1.4-2第3项）。

4.2 余热锅炉

1）余热锅炉分类

燃气内燃机排气温度很高，约400℃~500℃，大量热能随高温尾气排入大气，机组效率较高，~42%。因而通常采用燃气-蒸汽联合循环系统，将高温尾气引入余热锅炉，加热锅炉给水产生水蒸汽，直接供工艺装置使用。

由于燃气内燃机排气温度比燃煤锅炉炉膛温度低，因而余热锅炉主要依靠对流接触传热。根据不同标准，余热锅炉可分为：

（1）按锅炉水循环形式，有自然循环和强制循环两种；

（2）按排气流动方向的不同，分为立式余热锅炉和卧式余热锅炉；