天然气发电机组热电联产

电力18讯：    1 引言
    众所周知，天然气是一种优质清洁的一次性能源，被世界各国广为使用。有资料显示，目前世界范围内天然气的消耗量已占到总能耗的20％以上。
    作为能源，天然气的利用方式目前主要有两种形式――供热或发电。然而，从能源利用的角度讲，天然气无论是单纯用于供热还是发电均不能发挥其最大效益。――从供热角度讲，通过燃烧天然气加热媒质（水）来供热，能量的利用率太低。这是因为，天然气燃烧的最高温度可达2000℃以上，而通常制热所需的温度仅在200℃～300℃，甚至50～70℃，悬殊的温差，带来极大的能量损失；
    ――如利用天然气发电，则有成本高的问题，我国天然气的价格比较昂贵，按同比热值计算，天然气的价格是煤炭价格的4倍以上，专门建造天然气电站用于发电，目前尚不能为一般用户所接受。
    这样，就提出了本文所要涉及的问题：能不能利用天然气这种能源，既供热，又发电，实现热电联产呢？实践表明，利用天然气实现热电联产不仅在理论和技术上完全可行，而且大大提高了天然气的利用效率与效益，是合理使用天然气的极佳方式。
2 天然气热电联产的基本原理
    目前世界上最流行的天然气热电联产技术方式是对天然气发电机组进行余热利用，其基本原理如图1所示。发电机排烟管排出的废气温度高达560℃，通过热复用装置（废气锅炉）吸收废气的热能，同时把发电机排烟温度控制在100℃～130℃左右，在生产热能的同时，也使发动机更有效，更经济地运行。



图1    天然气发电机组热电联产原理示意图

    一般火力发电机组所产生的电能只占其消耗燃料总能量的1/3左右，其余约2/3的能量被转化为热能，而且往往是在没有被利用的情况下排放掉。热电联产则使火力发电机组同时生产电和热两种产品，这样便可以将能源的利用率大致提高到80％左右。图2为天然气发电机组热电联产能量转换示意图。



图2    天然气发电机组热电联产能量转换示意图

    无疑，在各种火力发电设备中天然气发电机组最适宜被用来进行热电联产，其理由如下：
    1）天然气热值较高，热利用潜力大；
    2）天然气发电机组使用寿命长，维修成本低，排放物少，清洁环保；
    3）天然气发电机组一次性投资成本相对较低；
    4）随着西气东输工程的实施，城市天然气管网系统逐步配套成型，天然气成为城市小型自备电站的首选能源，可开发前景看好；
    5）目前中、小功率(2MW以下)天然气发电机组已有比较成熟的技术，为在一个小系统内实现热电联产提供了技术保障，使用户对热电联产可以进行形式多样的自主选择；
    6）产业政策及环保节能发展的导向，为天然气热电联产技术的应用创造了良好的社会氛围。
3 热电联产应用实例
    上海闵行区中心医院（以下简称医院）地处区政府所在地莘庄镇，是近几年上海新兴发展地区之一。扩建后的医院总建筑面积为4667m2，设有26个科室，600张病床，在2002年底投入使用，是当地标志性建筑。
    医院在用电负荷方面，照明占23％，电梯占6％，制冷设备占31.3％，后勤设备占10.5％，医疗设备占17％，开水炉和其他占12％多一些。按春秋二季的低负荷计算，上午的用电负荷约为1200kW，下午约为800kW，晚上约为200kW。
    进行热电联产工程设计的核心是确定合理的“热电比”，以热定电，并顾及年开机率。系统的合理配置不仅决定了设备使用的可靠性，而且涉及到投资回收期和长期运行费用等综合效益问题。为此，发电机组热电联产的施工方威尔信公司（以下简称施工方）依据医院的实际情况进行工程设计。
    施工方案分析：春、秋两季是医院用热的低峰期，夏季是用电高峰期，冬季是用热高峰期，就每天情况来说，上午是医院就诊和治疗高峰期，也是用电高峰期，但不是用热高峰期；下午就诊和治疗率约为上午的50％～60％，用电量下降，但生活用水量上升；晚上仅设急诊，但病房照明和生活用水使对电、热的需求都达到高峰。由于医院已设有2路10kV市电进线及4t，2t锅炉等常规电、热设施，天然气发电机组热电联产设备应主要承担调峰功能。最后施工方选择2套威尔信G500型（2×400kW）天然气发电机组互为备用，在达到满载发电（即发电400kW）的条件下，单套机组每小时产生5t70℃热水及300kg蒸气，可有效调节夏、冬季及晚间医院用电、热高峰期对设备的需求，而且取得较好的经济效果。上海地区天然气热值每立方米8400kcal/m3计算，威尔信G500型天然气发电机<