6FA燃气轮机在分布式能源站中的应用

徐继明,杨庆利

(1.东北电力设计院,长春 130021;2.哈尔滨电气国际工程公司,哈尔滨 150040)

推广热、电联产联供,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,提高热能综合利用率,符合国家分布式能源冷热电三联供产业技术政策。本文以 S106FA配置为例,阐述了区域性分布式能源站的装机方案选择,以及冷、热、电三连供的可靠性和机组的技术经济性分析。

1 热负荷初步分析

江苏某分布式能源站工程热负荷为工业蒸汽及制冷热负荷。工业蒸汽参数:压力为0.6～0.8 MPa,温度为 165～175℃。蒸汽需求量见表1。采暖季供暖负荷参数(电厂端):供水温度 95℃,回水温度 60℃。非采暖季制冷热负荷参数(电厂端):供水温度150℃,回水温度 65℃。

表1 工业用户分期蒸汽需求量 t/h

本工程工业蒸汽拟由新建一台背压机组排汽经管道接入厂外供热管道供出,排汽参数暂定为压力p=1.2 MPa,温度 t=250℃,背压机组供汽能力为120 t/h,全厂最大供汽能力为 134 t/h(包括余热锅炉产低压补汽直供及喷水量),余热锅炉出口设有减温减压器,作为工业用汽备用汽源。

2 装机方案研究

2.1 燃气轮机选型

采用天然气作为燃料的冷、热、电三联供系统的核心设备是燃气发电装置,目前在分布式能源站选用的主设备有内燃机、轻型燃气轮机和重型燃气轮机。其中功率小的内燃机,轻型燃气轮机适应于楼宇式分布式能源站,而中小功率的重型燃气轮机和中型航改机(轻型燃气轮机)可用于区域性分布式能源站。结合区域性分布式能源站的特点,可以看出:

a.区域性分布式能源站与楼宇式分布式能源站不同,冷、热联供范围较大,半径为 3～5 km,因此单机容量相对较大为宜,有利于实现分布式能源站的规模效率,并可成为未来城市能源供应中心。

b.以冷、热联供为第一目的的城市区域性分布式能源站,虽然联供参数高、低不一,系统复杂,但有利于能源的梯级利用,其技术比较先进。

c.城市区域性分布式能源站,具有工业与民用冷热联供相结合、联供范围广和多媒供应等特点,能源站运行安全、可靠性非常重要,因此能源站主机选择时除优先考虑单机容量适中、技术比较先进外,还须考虑天然气供应系统的通用性、主机运行的可靠性、大中修的方便性、环保要求的适应性。

适应于我国区域性分布式能源站的中型燃机(代表性的)有 2类4种:一类是重型燃气轮机,如:法国 GE生产的 PG6111FA燃气轮机(本世纪新产品)和南汽生产的PG6501B燃气轮机(上世纪80年代产品);另一类是轻型燃气轮机,如:LM6000、LM2500(本世纪新产品)。这4种燃气轮机中,PG6501B燃气轮机为 GE公司 80年代产品,效率较低,而 LM6000、LM2500燃气轮机容量较小,而且,轻型燃气轮机要求燃料参数较高,需要设置天然气增压站,增加了系统的复杂性和工程投资。

法国GE生产的 PG6111FA燃气轮机具有单机容量适中、技术比较先进外,燃机天然气进气压力通用性、主机运行的可靠性、大修方便性、环保性能和对噪音治理的适应性也很好。其技术性能与长三角、株三角已建的一批 9F机组基本相近。

表2 PG 6111 FA燃气轮机性能指标

2.2 余热锅炉选型

本工程余热锅炉采用双压、无补燃、卧式自然循环余热锅炉。额定工况下的性能指标见表3。

表3 余热锅炉特性指标

2.3 蒸汽轮机选型

根据热负荷及输送热媒的初步分析,本工程采用背压机排汽直供工业蒸汽和排汽加热高温热水方式相结合方式,背压机组的排汽参数压力为1.2 M Pa,温度为 250℃,背压式汽轮机型式为单压、单缸、背压式,技术参数见表4。

表4 汽轮发电机组技术参数

3 关于能源站供热系统的可靠性分析

本工程采暖期最大热负荷为 134 t/h,平均热负荷为89 t/h,非采暖期平均热负荷为30 t/h。6FA燃气轮机对应的余热锅炉高压主蒸汽产量为 113.4 t/h,合并余热锅炉产生的补汽量及喷水量,则背压机实际产汽量在 134 t/h左右;采暖季全厂产蒸汽量134 t/h,平均工业热负荷为 89 t/h,剩余 45 t/h蒸汽用于热网加热器,将余热锅炉尾部换热器出口85℃热水加热至95℃用于采暖负荷;非采暖季全厂产蒸汽量 134 t/h,平均工业热负荷为 30 t/h,剩余104 t/h蒸汽用于热网加热器,与余热锅炉尾部换热器共同提供150℃高温热水,满足制冷负荷的要求。蒸汽用量分配情况见表5。从表5可看出:采用1台背压机组(12 MW)配置方式是合理的,供热可靠性是有保证的,既可以满足热负荷要求,同时又可以兼顾季节性的制冷负荷要求。

4 能源站主要性能指标

本期工程的经济性指标见表6。随着能源站周边热负荷的不断增加,考虑再扩建1套 S106FA,配套 1台抽凝机也是合理的,规划建成后全厂年平均热效率可达到 79%,即提高了机组的灵活性及供热可靠性,同时也符合国家相关产业政策。

总之,分布式能源站应根据能源需求,对能源实现“分配得当、各得所需、温度对口、梯级利用、经济合理”的原则拟定的。

5 结束语

以 6FA型燃气轮机构成的区域性分布式能源站与楼宇式分布式能源站不同,冷、热联供半径可达35 km。而且,其单机容量适中,有利于实现分布式能源站的规模效率。并可成为未来城市能源供应中心。通过冷热电三联供等方式实现能源的梯级利用,综合能源利用效率达到75%以上,符合国家相关产业政策。在国家政策的支持下,区域性分布式能源站具有良好的发展前景,6FA型燃气轮机将会有较大的发展空间。

表6 工程的经济性指标