1、北京楼宇化分布式热电冷联产设计方案一、概述：2000 年由国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会、建设部和国家环保总局联合下发了关于发展热电联产的规定，这是贯彻中华人民共和国节能法，实施可持续发展战略、落实环保基本国策和提高资源综合利用效率的重要行政规章。规定再次明确了国家鼓励发展热电联产的政策，支持发展以天然气为燃料的燃气轮机热电冷联产项目，特别强调了国家积极支持发展燃气轮机联合循环热电联产和小型燃气热电联冷产。国家计委已在“十五“计划实施方案中确定在北京、上海积极抓好试点工程。目前，北京、天津等地正在积极利用陕甘宁天然气资源，并计划建设第二条陕京管线。上海、江苏和浙江等地也正在努力开拓“西
2、气东输“工程实施后的天然气市场，这些都为发展小型燃气轮机及微型燃气轮机热电联产提供了良好的机遇。世界各国实践表明，发展能源梯级利用的小型热电冷联产是合理、高效地利用天然气资源的最佳手段，对于改善环境、降低因燃料调整带来的成本增加，也是最好的解决方案之一。为适应国家关于环境保护的要求，改善首都及周边地区的大气质量，开拓天然气合理、高效的用途，拟在北京发展楼宇化分布式热电冷联产，建设一批以天然气为燃料的燃气热电冷系统，以替代和优化整合目前由常规的燃煤、燃油、燃气锅炉采暖；燃气、电力空调制冷和备用柴油机组成的能源系统，提高北京电力供应的安全可靠性，缓解夏季制冷用电高峰，平衡天然气利用，降低天然气成本
3、，扩大天然气市场。二、方案构思：在北京地区，拥有大量规模在 50,000 平方米左右的公用性和商用性建筑，研究制定这一规模的热电冷一体化综合技术解决方案，对于北京的环境保护、提高电力供应安全和减缓电空调调峰压力，以及北京的可持续发展具有深远意义。设计一种技术可靠、适用性强、经济性能良好，满足特别是医院、酒店、综合办公大楼等用户需求的综合技术解决方案，是发展这一容量及楼宇化热电冷联产的关键。根据世界的发展趋势和国际上的最新设计理念，本方案推荐采用小型燃气轮机技术，并结合采用余热锅炉-蒸汽溴化锂空调，或者直接采用余热溴化锂空调互相连接，直接提供电力、制冷冷水、采暖热水和生活用热水。如果需要，可在余
4、热溴化锂空调的燃烧腔内，或烟气出口处再设置热交换器生产蒸汽。 华盛顿水门饭店安装了土星热电冷系统 三、设计依据：根据国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会，以及国家电力公司要求，为积极推动分布式热电冷联产项目在北京的实施，落实国家“十五“规划中“在北京建设热电冷联产试点工作“，实现北京市政府“迎接奥运会，建设新北京“的目标，依据中国电机工程协会热电专业委员会王振铭秘书长的建议，本方案能源配置采取以下原则：“以基荷电力定容量，不足电力从电网补充，不足热量补燃解决“和电力“并网不上网售电“，并采取“友好同步发电“的设计观念，即与供电公司、燃气公司和用户友好相处，平行同步供电。暖通指标参照中国建筑科
5、学研究院李先瑞研究员提供的北京地区实际测量得出的“空调设计冷暖负荷指标“和“生活热水负荷指标“作为建筑采暖、制冷和生活热水供应标准。以美国索拉透平公司、加拿大普拉特 o 惠特尼公司和远大空调有限公司提供的应用设备技术方案研究编制了以下解决方案：小型燃气轮机-余热（补燃）锅炉蒸汽溴化锂吸收式空调机热电冷联产方案与小型燃气轮机-余热 / 直燃溴化锂吸收式空调机热电冷联产方案备注：方案可以根据用电安全需求，采用 1 套 1,180kW 索拉土星 20 机组，也可以采用2 套 457kW 普惠 ST5S 机组，因为两种机组容量、效率相当，本方案只论述土星 20 机组方案。北京地区基本环境条件：平均温度
6、 12（计算按 15），相对适度 60%，海拔高度 50m。美国圣地亚哥海军医院安装了 3 台土星机组 四、设备介绍： 1、索拉透平公司是世界上最大的小型工业型燃气轮机制造厂家，产品行销全球，至今生产的燃气轮机已超过 11,500 台，其中引进中国的机组近 70 台。索拉小燃机设计精良，坚固耐用，性能可靠，是一种很适合在分布失热电联产项目中广泛应用的动力设备。为更好地配合在中国市场的售后服务，索拉已决定在天津港保税区建设备件支援中心提供备件支持，能够为中国用户，特别是北京地区用户提供及时的服务支持。土星（Saturn）20 机组，出力 1,121kW，发电效率 24.3%，排烟温度 503，烟
7、气流量23,367kg/h，大修周期 3 万小时。噪音小于 85 分贝，属于高频噪音，易于控制。土星机组剖面图Solar Saturn20 技术指标Solar Saturn 20 燃机单机发电容量 kW 1177 燃气轮机长度 mm 5,980 燃气轮机宽度 mm 2,200 燃气轮机高度 mm 2,180 燃气轮机重量 kg 9980 燃气轮机重量 kg 9980 燃气轮机烟气流量 t/hrs 23.172 燃气轮机烟气温度 504.8 燃气轮机烟气热量 GJ/hrs 12.431 2、普拉特惠特尼公司是世界上最大的小型航空发动机制造商，中国民航大量使用该公司发动机产品。以该公司发动机组装的
8、地面发电机设备多达数几千台，其设备技术先进，轻巧可靠的技术特性在同行业中处于领先地位。 ST5S 机组，出力 457kW，顶峰出力 563kW，发电效率 23.5%，排烟温度 587，烟气流量 8,280kg/h，大修寿命周期 3.2 万小时P&W ST5 迷你燃气轮机ST5 技术指标 机组 单位 ST5R 回热循环型 ST5S 热电联产型 功率 kW 395 457 效率 % 32.7 23.5 排烟温度 365 587 烟气流量 kg/s 2.22 2.3 转速 Rpm 30,000 30,000 长 mm 1,359 1,099 重量 kg 1,800 800 3、余热锅炉，可以采用杭州
9、锅炉厂或哈尔滨锅炉厂与 703 研究所的产品，也可以采用国外厂家或其在国内合资企业的产品。小型余热锅炉是一种技术非常成熟的产品，早以被世界和中国广泛应用。余热锅炉可以采用补燃技术，增加供热能力，提高供热灵活性。索拉热电系统余热锅炉补燃工况比较环境工作温度 15 环境工作湿度 % 60 燃气轮机燃料耗量 MJ 17,454.42 kWh 4,848.45 燃气轮机出力 kW 1,177 发电效率 % 24.28 余热锅炉排烟温度 512.70 余热锅炉蒸汽量 kg/h 3,400 蒸汽压力 Bar 8 蒸汽温度 170.42 蒸汽焓值 kJ/kg 2,768.4 余热回收量 MJ/h 9,412
10、.6 kWh 2,614.60 热电联产效率 % 78.20 补燃 820 余热锅炉蒸汽量 kg/h 6,520 余热回收量 MJ/h 18,050.0 kWh 5013.88 补燃燃料量 MJ 7,804.00 kWh 2,167.78 热电联产效率 % 88.24 补燃 927 余热锅炉蒸汽量 kg/h 7,556 余热回收量 MJ/h 20,918.0 kWh 5,810.56 补燃燃料量 MJ 10,546.00 kWh 2,929.44 热电联产效率 % 89.84 4、蒸汽溴化锂空调机组，国内外有远大、大连三洋、双良、凯利等几十个厂家可以提供各种规格的产品，选择余地极大，本方案以三
11、洋 NG61M 型 800 冷吨蒸汽溴化锂空调机组技术指标作为参考。 余热锅炉与三洋 NG61M 型蒸汽溴化锂空调机组技术参数环境工作温度 15 环境工作湿度 % 60 燃气轮机燃料耗量 GJ 17.45 燃气轮机出力 kW 1,177 余热锅炉进口温度 512.70 烟气量 kg/h 22,917.86 余热锅炉蒸汽发生量 kg/h 3,856.18 除氧蒸汽消耗量 kg/h 456.50 有效蒸汽供应量 kg/h 3,399.68 蒸汽压力 Bar 8 蒸汽温度 170.42 蒸汽焓值 kJ/kg 2,768.40 余热回收量 MJ/h 9,411.67 大卡 2,247.94 kWk 2
12、,614.35 制冷机长度 mm 5,690 制冷机宽度 mm 2,500 制冷机高度 mm 3,330 制冷机运转重量 kg/h 26,600 制冷 COP 1.0465 制冷量 大卡 2,352.47 kWh 2,735.92 冷吨 USRT 777.25 5、余热溴化锂空调机组，目前远大和大连三洋等公司都可以提供，但本方案将按照远大空调有限公司提供的远大 BHRS250VII 型余热双效吸收式冷温水机组技术参数指标作为基本设计依据。该机组在燃气轮机停运时可以直燃供热制冷，并可以增加容量作为冷热高峰的调节手段，保证满足需求的供应平衡。 远大产品在国内外拥有很高的声望，余热溴化锂空调机已经销
13、往美国，该公司与Salor 机组的配套方案已经在美国能源部中标，现正在实施之中。目前这一技术正在争取在北京燃气集团调度中心项目中使用。 远大 BHRS250VII 型余热双效吸收式冷温水机组技术参数远大直燃机长度 mm 6,600 远大直燃机宽度 mm 2,600 远大直燃机高度 mm 2,850 远大直燃机重量 kg 25,000 COP 1.27 余热回收能力 kW 2261（制冷）2430（供热） 制冷量 kW 2,871 供热量 kW 2,248 冷水进出口温度 12-7 冷水流量 M3/h 500 温水进出口温度 57-65 温水流量 M3/h 241 冷却水进出口温度 32-37.
14、3 温水流量 M3/h 805 五、需求分析：项目对于能源的需求主要在电力、采暖、制冷和生活热水，以及部分蒸汽用于消毒等需求。用户的需求往往是不恒定的，需要进行一些调节。通过蓄热和蓄冷技术进行一些调节，力求总量平衡。尽量减少夜间低谷低电价时段的运行，避免浪费可以提高经济效益。本方案按夜间 8 小时 50%出力考虑，总量可以保证实现平衡。需求与保证能力的比较项目 单位 指标保证面积 m2 50,000采暖设计指标 W/m2 56.3设计指标容量需求 kW 2815制冷设计指标 W/m2 69.3设计指标容量需求 kW 3465采暖应用指标 W/m2 33.9应用指标容量需求 kW 169524
15、小时连续供暖需求 kW 40,680制冷设计指标 W/m2 44设计指标容量需求 kW 2,20024 小时连续制冷需求 kW 52,800方案供暖指标 W/m2 45方案供暖能力 kW 2,24820 小时连续供暖能力 kW 44,960方案制冷指标 W/m2 57方案制冷能力 kW 287120 小时连续制冷能力 kW 57,420六、容量选择：根据已经确定的原则，本方案计划在热力和制冷上基本满足平均负荷需求，而电力解决 25%-50%的负荷需求，保证关键部位的电力供应安全。因目前建筑部门适用的建筑暖通空调设计标准是上世纪 80 年的标准，大大落后于目前建筑的实际建设应用水平，如果按上述标
16、准配置系统，必然造成设备投资的巨大浪费。因此，本方案将根据北京地区实际测量标准设计。电力系统采用外网提供不足电力补充、安全备用和调节；热力和制冷系统应利用一些原有系统作为备用和调节手段，如果没有可利用系统，使用余热溴化锂空调机直燃增容供热制冷峰荷也是解决问题的重要方法之一。因此燃气发电装置的功率选择，主要要依照“以热（冷）定电“的原则，因为热力和制冷一般是无法得到外部支持的，而电力是可以依靠外网补充，所以电力容量最好小于大楼要求的电力需求，并具有较大的调节灵活性。可供选择的最佳燃气发电装置是 1,000kW 级小型燃气轮机，索拉土星 20 机组是一个适用的机组选择。索拉-远大系统热电冷匹配容量指标保障供热/制冷面积 m2 50,000设计供电指标 W/m2 50-80供电总量 kW/hrs 1170标准单位建筑平米供电量 23.40设计供热应用指标 W/m2 34-50供暖总量 kW/hrs 2248W/m2 49.03kJ/m2 177标准单位建筑平米供热量kCal/m2 42
