工业园区小型分布式能源系统应用研究--林世平

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1、1工业园区小型分布式能源系统应用研究工业园区小型分布式能源系统应用研究林世平林世平 （武汉理工大学资源与环境工程学院 武汉 430070；新奥能源服务有限公司 廊坊 065001）摘要摘要 ：本文通过对新兴工业园区热负荷等用能规律、园区企业需求分析，探索统一规划、分 步实施、实现能源梯级利用及相关系统能效技术，建设以循环流化床锅炉加背压式机组热电 联产技术为核心的小型分布式能源系统，以解决园区热电负荷供应、能源综合利用和环境污 染的问题，并指出项目建设存在的问题和风险，是建设工业园区小型分布式能源系统的有益探索。 关关键词键词 ：工业园区；热负荷概算指标；热电联产 ；分布式能源系统1、前言、前

2、言中国目前有各种规模和规格的工业园区在建设，如国家级、省级、市级的工业园区，甚至 乡镇级的工业园区，园区经济正在成为中国经济发展的热点和推动区域经济发展的重点，各 工业园区以自身优势、优惠政策、支持措施加大招商引资力度，实现园区规划目标。工业园 区需要有齐备的基础设施配套和支撑，除水、电、热力、燃气等配套设施外，还要考虑园区经 济循环需要所必须的能源梯级利用、废物利用等多种需求。而目前许多工业园区在此方面的 投入和建设远远不足,按照园区规划要求进行建设投资巨大，政府往往缺乏充足资金进行建 设和配套。 尤其是工业园区在能源综合利用和环境保护方面往往存在较突出的问题，表现在有的 缺少统一的规划，或

3、者虽有规划但由于资金、职能等原因投入及实施不足，园区小锅炉大量 存在、分散供热现象严重，造成能源利用效率低下和环境污染严重。近年来，在国家“上大压 小”政策的牵引下，工业园区上了不少规模较大的热电项目，对关停众多燃煤小锅炉、提高能 源利用率、减少排放起到了一定作用，但随之而来的是由于园区规模达不到预期、用户负荷 不足，不少热电企业负荷普遍存在“大马拉小车”的现象，经济效益低而出现亏损和停产，分 散小锅炉又“复燃”，这些园区能源利用效率和环境污染的问题还是没有解决好。实现能源梯 级利用，提高能源综合利用率、减少环境排放是现代工业园的一个基本特征，我国许多工业 园区远没有达到这个要求。 本文以河南

4、某工业园区为案例，提出发展以背压式燃煤热电机组为核心的小型分布式 能源系统，在满足工业园区能源需求的同时，解决园区的能源、环境和项目的经济性问题。 本项目为承担该市 107 国道以东的小店、榆东等五个园区的集中供能。目前 5 个工业园区中， 小店和榆东工业园区经过近几年的建设已初具规模，本项目主要为这 2 个工业园区供能，其 它 3 个工业园区正在起步、发展较慢，以后根据实际发展情况进行相应调整。 1.1 工工业业园区建园区建设设小型分布式能源系小型分布式能源系统统的必要性的必要性 （1）满足园区经济增长、热负荷增加的需求。 工业园区大多选择在城乡或城市之间的结合部，工业及市政基础设施较薄弱，

5、招商引资 具有一定难度，项目的建设进度具有很大的不确定性。有的工业园区已经发展 10 多年仍不 能达到规划的目标，在园区集中供能方面大多缺乏统一规划，在不能集中解决入园企业蒸汽 及采暖负荷的情况下，园区企业各自为政，自己建设小型、分散的锅炉房解决热源问题。通 常新兴工业园区锅炉房达到 4050 个以上，锅炉容量从 0.5t/h20t/h 不等，实际负荷仅为 装机容量的 2530%，能源利用率低、初投资较大、设备利用率低，且环境污染非常严重。新 入园企业由于没有热源而给园区管委会施压或转投其它基础设施较好的园区，但随着园区 入驻企业的增加和现有企业的不断发展，生产、生活用汽供需矛盾日益突出，建设

6、园区热电 联产小型分布式能源系统刻不容缓。 （2）是综合利用能源、提高能源效率的需要。2园区企业分散供能，锅炉效率一般仅在 50左右，热效率低，能源浪费严重。分布式能 源集中供能，采用大型锅炉热效率高，同时由于采用背压式机组，高品位能源用于发电，发 电后的余热用于供热供暖，实现了能源的梯次利用，提高了能源的综合利用率。 （3）是减少环境污染、提高经济效益的需要。 分散供能锅炉房用煤的运入和废渣、灰的运出，加剧了园区的环境污染；锅炉房的引风 机和鼓风机绝大多数未采取消声措施，噪声污染严重；除尘设施不完善，无脱硫设施，造成严 重的环境和空气污染。热电联产分布式能源系统设施集中，可设置高效的除尘、脱

7、硫装置有 利于环境保护；项目可位于园区边缘，减少燃煤、灰渣在装卸、运输、储存过程中对环境的污 染以及对园区交通的影响。分布式能源系统取消小锅炉房，减少了噪声对环境的污染，减少 用水量及污水排放量，可以改善本地区环境质量，保护和改善环境。【1】分布式能源系统符合国家能源政策，鼓励供热锅炉单台容量 20t/h 及以上者，热负荷年 利用大于 4000 小时，经技术经济比较具有明显经济效益的项目改造为热电联产，但近年来 随着煤炭价格的大幅提高，供热成本增加，经济效益下降。多联供项目建成后,不仅可降低供 热成本，而且可以提供部分用电负荷，保障能源的安全，社会、经济效益明显。 2、工、工业业园区园区负负荷

8、分析荷分析 新兴工业园区从开始建设到达到规划要求通常需要 10 年20 年的时间，在建设初期必 须考虑热负荷的发展规律并做好预测，按照“统一规划，分步实施”的原则进行设计和建设。 热负荷预测的准确性是分布式能源系统建设成败的关键。对于园区已经入驻的企业根据热 负荷调研进行详细的分析和预测，在调研过程中注意取得第一手的实际热负荷曲线、生产规 律、检修规律、产品热负荷单耗等数据，并考虑同时使用系数。经验表明大多数企业由于担 心蒸汽保障的问题，在填报热负荷及设计管径时往往选取最大值，这在计算设计热负荷时必 须进行技术处理。对于园区还在招商及闲置地块，也要按照热负荷概算指标进行估算。 2.1 热负热负

9、荷概算指荷概算指标标 工业园区是由单一产业聚集区或综合性产业区构成，对电子信息、纺织、新材料、机械 及装备制造产业区等，可采用线性回归预测方法并充分考虑一些附加值，得出每个产业区每 平方公里的规划热负荷，如下：【2】 生物医药产业区：50 吨/时.Km2 电子信息产业区：25 吨/时.Km2 纺织及新材料产业区：30 吨/时.Km2 精密机械及装备制造产业区：20 吨/时.Km2 出口加工区：40 吨/时.Km2 工业发展备用地：25 吨/时.Km2由于工业园区的区域较大，所以同时使用系数不可忽略。各类负荷的变化规律是：工业 负荷为全年性负荷，冬季与夏季负荷有一定差异，其比值一般在 1.0：0

10、.6，全年平均热负荷为 冬季负荷的 80%，取年平均系数为 0.8；采暖负荷为季节性负荷，负荷曲线为正态分布，峰腰 是整个采暖期负荷的年平均值，为最大值的 0.50.8，取采暖负荷的平均系数为 0.6；空调制 冷的热负荷也是季节性负荷，平均值一般为峰值的 80%，取空调冷负荷的平均系数为 0.8；生 活热水负荷量通常占全网负荷总量的比例很小可忽略不计。由于用户最大热负荷同时出现 概率不高，根据有关规范和设计手册的推荐值，热负荷的同时使用系数对工业通常取 0.65， 空调（冬、夏两季）取 0.85。一般可选择工业生产占 40%，采暖、通风占 60%。选用全系统的同 时使用系数为 0.70.8。热

11、负荷的年运行时数对大部分实行两班制和每周双休日制的企业， 采用每年 4000 工作小时计算。 规划热负荷等于总预测热负荷（或合同热负荷）乘以全热负荷同时使用系数，即：Q规 （0.70.8）Q预 吨/时。32 2 热负热负荷分析荷分析下面以本案例工业园区的装机方案为例进行分析说明。该工业园区现有生产用蒸汽供热锅炉 25 台，除 1 台 20t/h 和 1 台 10t/h 的链条式蒸汽锅 炉外，其余均为 6t/h 以下小型燃煤锅炉。园区计划建设热电联产小型分布式能源以取代分散、 高污染、高能耗的小锅炉。目前园区需要蒸汽的企业 50 多家，考虑热负荷同时使用系数后， 设计热负荷为 44.3 t/h。

12、 （1）热负荷参数。经调查该工业园区工业用汽绝大多数用户使用 P0.8MPa 饱和蒸汽。 分布式能源系统在建厂址供热半径南北方向为 2.5 公里，东西方向为 3.5 公里。现阶段工业 园区的工业用汽最远距离 3km,此区域以外的热负荷全部为民用采暖用户。考虑到供热管网 的压降、温降与现有热网的设计，供热参数选用 0.98MPa 、250过热蒸汽。 （2）工业热负荷暂定为 p=0.6MPa(g)饱和蒸汽、蒸汽焓值 h=2762kJ/kg，电厂出口蒸汽 P=0.98MPa(a)、t=300、焓值 h=3052kJ/kg，焓值折减系数为 0.9，热网效率按 0.96 考虑。 （3）采暖热负荷按城市热

13、力网设计规范，学校采暖指标为 60w/m2,居住办公为45w/m2， 并按汽机出口蒸汽焓值折算汽量。 （4）工业园区内的工业热负荷变化较大，最大生产热负荷与平均生产热负荷同时使用系数取 0.7。 （5）将工业园区现状热负荷、近期热负荷的叠加值作为本工程的设计热负荷 。设计热负 荷汇总如下： 表 1 现状热负荷表 2 近期热负荷工业园区近期设计热负荷最大平均最小单位t/ht/ht/h采暖期46.5 42.4 41.8 非采暖期20.7 16.6 16.0 表 3 工业蒸汽及民用采暖负荷汇总现状近期热负荷（2012年）远期热负荷（2020 年）工业蒸汽热负荷工业蒸汽热负荷工业蒸汽热负荷采暖热负荷最

14、大 （t/h）设计（t/h）最大 （t/h）设计（t/h）最大 （t/h）设计（t/h）面积（万米2最大 （MW ）平均 （MW）52.144.386.868.4302.4238.1220108.575.5工业园区现状热负荷最大平均最小单位t/ht/ht/h采暖期52.1 48.8 47.2 非采暖期20.0 16.7 15.0 43、 、 系系统统配置方案配置方案 3.1 主要技主要技术术原原则则 （1） “统一规划、分步实施、以热定电和适度规模”的原则，以供热为主要任务，并符合改 善环境、节约能源和提高供热质量的要求。 （2） 根据以热定电、热电联产的原则，尽量提高热电比，节约能源，有较好

15、的经济性、灵活性和安全性。 （3） 尽量降低工程造价，提高经济效益，工艺流程合理，管线布置短捷，建筑物布置紧 凑，减少工程占地，缩短建设工期，提高综合经济效益。 （4） 根据能源供应条件和优化能源结构的要求，从改善环境质量、节约能源和提高供热 质量出发，优化热电联产的方案。 在园区建设初期，入园企业较少、热负荷较小，达不到建设分布式能源的最小负荷；或由 于企业急需蒸汽的供应，对供汽时间有严格的要求，提供给能源系统的建设期很短；或由于 项目的审批环节较多、周期较长（通常需要 18-24 个月），项目建设期最少也需要 12-24 个月 的时间。为及时保障部分入园企业用汽需求，按照“统一规划、分步实

16、施”的原则、结合现有热 负荷及近期热负荷的要求，可以考虑项目一期只建设部分管网及锅炉房，尽快实现集中供热。 在一期建设的同时进行分布式能源项目的报建工作，待拿到项目建设手续后对原有锅炉系 统进行改造和扩建，建设成循环流化床锅炉加背压式汽轮发电机组的分布式能源系统。这样 可以在减少一期投资、降低投资风险、满足园区企业用热需求的同时，建成小型分布式能源 系统实现能源的综合利用。 3.2 系系统统装机方案装机方案 根据“统一规划、分步实施、以热定电、适度规模”的热电建设原则及实事求是、效为先、 技术先进、践行系统能效的原则确定系统装机方案。该系统装机方案如下： 一期建设两台 35t/h（1.25MPa、250）的循环流化床锅炉（锅炉按照次高温、次高压进行 整体设计、布置、计算;一期工程安装后成为 1.25MPa、250的低压循环流化床锅炉进行供 汽; 二期工程经过简单的改造即成为次高温、次高压循环流化床锅炉)。 根据热负荷的增长及园区的发展，二期将 35 t/h 锅炉改造成次高温、次高压锅炉，并新 建一台 75t/h 的次高温、次高压循环流化床锅炉