某工业区基于LNG的热电联供系统设计

某工业区基于LNG的热电联供系统设计

摘要

天然气分布式能源具有综合能效高、清洁环保、安全灵活、削峰填谷等优势，受到了愈来愈多的关注。热电联产是节能减排，提高能源综合利用率的有效举措。本设计通过对上海某工业区基于LNG的热电联供系统的方案设计，介绍了LNG供应站、燃气轮机发电机组、余热锅炉等热电联供系统相关的工艺流程和设备选型，并对LNG供应站和能源站的平面布置进行了设计和说明，同时也对整个系统进行了危险性分析和相应安全措施的设计。除此之外，还对该系统进行了简单的经济性分析。

关键词：分布式能源系统，热电联产系统，LNG供应站

摘要 3

ABSTRACT 3

第一章绪论 5

1.1 课题研究的背景 5

1.2 国内外行业现状工业 5

1.2.1 国内行业现状 5

1.2.2 国外行业现状 6

1.3 课题的提出 7

1.3.1 课题研究的意义 7

1.3.2 课题研究的主要内容 7

第二章工艺设计及设备选型 7

2.1 LNG气化站工艺流程 7

2.1.1 卸车流程 8

2.1.2 汽化流程 9

2.1.3 BOG工艺流程 9

2.2 热电联产工艺流程 9

2.2.1燃气轮机工艺流程 10

2.2.2 余热锅炉工艺流程 10

2.3 设备选型 12

2.3.1 LNG气化站技术参数 12

2.3.2 LNG储罐 12

2.3.3 增压器 13

2.3.4 BOG加热器 14

2.3.5 LNG阀门 15

2.3.6 管道的隔热 16

2.3.7 主气化器 17

2.3.8 水浴式气化器 18

2.3.9 LNG输送管道及管件 18

2.3.10 调压、计量和加臭 20

2.3.11 燃气轮机发电机组 21

2.3.12 余热锅炉 22

2.3.13 回转式空气预热器 22

2.4 相关计算 22

2.4.1 燃气用量的计算 22

2.4.2 空气预热器的计算 23

第三章总平面设计 24

3.1 站址选择 24

3.1.1 LNG供应站址选择 24

3.1.2 能源站选址及条件 24

3.2 总平面布置 25

3.2.1 LNG供应站布置 25

3.2.2 能源站布置 26

第四章经济性分析 28

4.1系统的年平均能源综合利用率 28

4.2经济性 28

第五章安全运行措施 29

5.1 危险性分析 29

5.1.1 天然气火灾危险性分析 29

5.1.2 LNG火灾危险性分析 29

5.1.3 电气火灾危险性分析 30

5.1.4 锅炉危险性分析 30

5.2 安全运行措施 30

5.2.1 LNG槽车的安全 30

5.2.2 LNG槽车卸车安全 31

5.2.3 LNG储罐安全性 31

5.2.4 管路和阀件的安全要求 32

5.2.5 气化器等工艺设备的安装距离 32

5.2.6 泄放安全 33

5.2.7 消防安全 33

5.2.8 其他 34

第六章结论与展望 35

6.1 结论 35

6.2 展望 35

参考文献 36

谢辞 36

第一章绪论

1.1 课题研究的背景

能源紧缺、环境恶化是日趋严重的全球性问题。改变能源结构，提高能源利用效率和发展清洁能源是各个国家能源发展战略的主要目标。要实现这一目标，作为主要的能源供给形式，电力行业的低碳发展转型势在必行。近年来，虽然各行业积极贯彻国家节能减排的政策，通过上大压下、燃机建设、煤机脱硫等多种手段取得了显著的节能减排成效；但对比发达国家的城市，我国同类城市的能源强度、碳强度等指标远远超出，节能减排任务仍任重道远。

作为新一轮整体规划重要一环，上海已提出了建设低碳节能型全球城市的战略目标，为了实现这一目标，有必要以一种全新的视角重新审视现有的上海城市供电、供能体系，开拓创新城市供能的心思路、新模式。作为一种兼具低碳、节能功效的新型供能模式，燃气分布式能源的应用与发展有望成为上述转型发展和长期战略目标的实现提供强有力支撑。近年来，上海已充分认识到发展燃气分布式能源的意义所在，将其定义为上海清洁能源发电的重点方向，并制定了专项扶持办法与技术规范。

分布式能源是近年来兴起的利用小型设备向用户提供能源供应的新的能源利用方式，是分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主，可再生能源为辅，利用一切可利用的资源。二次能源以分布在用户端的冷热电联产为主，其他中央能源供应系统为辅，实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用，并通过中央能源供应系统提供支持和补充；在环境保护上，将部分污染分散化、资源化、争取实现适度排放；在能源输送和利用上分片布置，减少产距离输送能源的损失，有效提高能源利用的安全性和灵活性。与传统的集中式能源系统相比，分布式能源

接近负荷，不需要建设大电网进行远距离高压或超高压输电，可大大减少线损，节省输配电建设投资和运行费用。由于兼具发电、供热等多种能源服务功能，分布式能源可以有效地实现能梯度利用，达到更高能源综合利用率。分布式能源设备启停方便，负荷调节灵活，各系统相互独立，系统的可靠性和安全性较高。此外，分布式能源多采取天然气、可再生能源等清洁能源为燃料，较之传统的集中式能源系统更加环保。就目前国内外总的形式来看，国际分布式能源系统主要以天然气资源为主，由于天然气管网的发展和天然气燃料的良好环保性能，以天然气为燃料的天然气冷热电三联供系统发展很快。火力发电厂能源利用率是35%左右，用煤发电并供热的热电厂能源利用率45%左右，改用天然气为燃料发电、供热和供冷三方面服务能源利用率达80%。从经济效益上来说，工业商业用电单位向供电局买点价格平均为0.7元左右，但在高峰期为1.3元左右，而分布式能源电站自己发电的成本只为0.4元左右，如果再算上同时供热和制冷所带来的经济效益和环保效益，就远远超过传统的供电供热模式了。由此可见以天然气冷热电三联供为主的分布式能源系统将是未来的主流方向。

1.2 国内外行业现状工业

1.2.1 国内行业现状

我国1998年起实施的《中华人民共和国节约能源法》明确指出：“推广热电联产、集中供热，提高热电机组的利用率，发展热能梯级利用技术，热、电、冷联产技术和热、电、煤气三联供技术，提高能源综合利用率”。2000年原国家计委、原国家经贸委、建设部、国家环保总局联合发布的《关于发展热电联产的规定》指出：“以小型燃气发电机组和余热锅炉等设备组成的小型热电联产系统，适用于厂矿企业、写字楼、宾馆、商场、医院、银行、学校等分散的公用建筑。它具有效率高、占地小、保护环境、减少供电线损和应急突发事件等综合功能，在有条件的地区应逐步推广”。2005年起实施的国家标准《公共建筑节能设计标准》规定：“具有充足的天然气供应的地区，宜推广应用分布式热电冷联供和燃气空气调节技术，实现电力和天然气的削峰填谷，提高能源的综合利用率”。

目前，我国天然气供应日趋增加，智能电网建设步伐加快，专业化服务公司方心未艾，天然气分布式能源在我国已具备大规模发展的条件。我国政府将天然气的开发和利用作为改善能源结构，提高环境质量的重量措施。西气东输、广东进口液化天然气、东海天然气开发等大型项目的全面实施，推动全国天然气的建设。北京、上海等城市已经采取一些优惠政策鼓励冷热电三联供项目的发展。

1.2.2 国外行业现状

从国外情况看，发达国家通过规划引领、技术支持、优惠政策以及建立合理价格机制和统一并网标准，有效推动了分布式能源的发展。

发达国家分布式能源占比相当之高。分布式能源发电量占比在丹麦已达53%。德国分布式发电装机达到20%。日本和印度分别达到14%和18%。美国已有6000多座分布式能源站，占总装机容量7.8%，以天然气热电联供和冷热电联供为主。

日本将冷热电联产作为21世纪城市建设必不可少的设施，认为是附加值很高的社会资本，因此制定了相关的法令和优惠政策保证该事业发展。鼓励银行、财团对热、电、冷系统出资、融资，并进行减税或免税。折旧资产税投产最初五年减免二分之三，第二个五年减免三分之一。1995年底又批准了新修订的《电力事业法》，最重要的变化是允许非公共事业类的供应商对需求大的用户售电，而以前通常被电力公司垄断。2008年3月，日本经济贸易产业省（METI）预计到2030年日本热电联产装机容量将可能达到1630万千瓦，接近2006年的2倍。据国际分布式能源联盟（WADE）对日本能源供需前景的预测，到2030年日本分布式发电比重将达到总发电量的20%。

丹麦认为热电联产可以节约28%的燃料，减少47%的二氧化碳，因而对分布式能源给予大力扶持。1981年丹麦就制定了相关的法规，并从法律上解决了热电的电力上网问题。丹麦规定1MW（1.3t/h）以上的燃煤燃油供热锅炉必须改造成天然气或垃圾热电厂的法令，热网工程费用可以得到30%的补贴。1990-1995年期间批准建设的150-200万KW的新建电厂中，全部为热电联产。政府给予利率为2%的20年优惠贷款。自1990年以来，丹麦大型凝气发电厂容量没有增加，新增电力主要依靠安装在用户侧的，特别是工业用户和小型区域化的分布式能源电站。

英国政府在2001年采取了一系列的措施，包括：免除气候变化税；免除商务税；符合条件的项目可以申请的补贴金。在过去20年中，已超过1000个小型成套的分布式能源CHP设备被安装在遍布饭店、购物商城、休闲中心、医院、学校、机场、写字楼等公共场所提高能源利用效率。

美国小于20MW的热电联产机组共有1740套，总装机容量为8494MW，平均单台机组容量为4.88MW。分布在包括公用建筑、政府、各种工业行业、商店、大学、写字楼、医院、宾馆等部门。小于2MW的热电联产机组共有632套，总装机容量为614MW，平均单台机组容量为0.97MW。目标在2020年达到发电总装机容量的29%。预计2020年50%的新建商用建筑使用CCHP，15%的现有商用建筑使用CCHP。

1.3 课题的提出

1.3.1 课题研究的意义

改变能源结构，提高能源利用效率和发展清洁能源是各个国家能源发展战略的主要目标，上海低碳发展转型势在必行，与之配套的体制、机制和政策路线也呼之欲出。本课题基于LNG设计一个热电联供的能源系统，通过课题的设计和经济性、节能性的评估，可为上海市能源供应体系低碳转型发展的分析和评估提供相应参考，并且通过设计过程和性能评估提出相应的优化措施，为上海燃气分布式能源的发展提供一些实例参考与分析。

1.3.2 课题研究的主要内容

本工程位于为上海某工业园区，要求基于LNG设计一个热电联供的能源系统，以满足该工业园区大部分厂区的蒸汽需求。从而通过本项目实现能源的梯级利用，达到最经济、最安全的运行效果。

参考文献

[1] 《燃气冷热电三联供工程技术规程》GB50494-2009

[2] 《建筑设计防火规范》GB50016-2006

[3] 《液化天然气（LNG）生产、储存和装运》GB/T20368-2006

[4] 《液化天然气接收站安全技术规程》SY/T6711-2008

[5] 《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005

[6] 浅谈燃气冷热电三联供的发展新方向—以天然气的应用为例http://www.doc88.com/p-6377759242470.html

[7] 徐烈. 低温绝热与贮运技术. Beijing: Mechanical Industry Press, 1999:78

[8] 贺红明, 林文胜,顾安忠. Preliminary technical study on L/CNG stations,天然气工业, 2007, 27(4):127

[9] 天然气冷热电三联供应用前景分析http://www.docin.com/p-467476506.html