冷热电联产（CCHP）技术方案1.概述项目所在地无法提供外部电源供电系统，因此业主决定采用燃气发电机组孤岛运行，作为全厂电力供应。

本项目考虑配套余热锅炉，以回收燃气发电机组高温烟气余热，副产低压蒸汽作为工艺装置热源（脱酸单元再沸器、脱水再生气蒸汽加热器）；同时配套溴冷机组回收燃气发电机组缸套水热量，并为工艺装置提供冷源（原料气预冷、冷剂压缩机段间冷却）的冷热电联产（CCHP）方案。

根据工艺装置所需的冷、热、电消耗，优选与之相配套的燃气发电机组、余热锅炉和溴冷机组，以达到最大程度的回收利用发电机组烟气余热，优化主体工艺装置设备选型以及降低运行能耗的目的。

2.设计范围该方案为燃气机组冷热电联产系统，即利用管输天然气及工艺装置所产BOG，通过燃气机组（燃气内燃机或燃气轮机）发电，机组高温尾气配套余热锅炉副产低压饱和蒸汽供工艺装置使用，机组冷却循环生成热水配套溴化锂机组副产7℃空调水供工艺装置制冷。

电、蒸汽、空调水全部自用，实现冷热电联产，提高能源利用率，获得最高的系统效率，减少大气污染。

3.设计基础甲方供气≤50×104Nm3/d，经20km长输管线进入厂区附近，降压至0.8MPaG，分为三部分：一部分（15×104Nm3/d）进入公司原有天然气液化工厂作原料气；一部分（30×104Nm3/d）加压后进入本次新建天然气液化工厂作原料气，剩余部分（3.6×104Nm3/d，折~1500Nm3/h）与BOG之间的关系进入燃气机组发电，配套余热锅炉副产低压蒸汽，同时配套热水溴化锂机组副产空调水，均供工艺装置使用。

1）电规格：10kV（±7%），50Hz（±1%），三相三线。

30×104Nm3/d天然气液化工厂全厂有功负荷~5.4MW（已考虑照明、空调、锅炉系统、发电机组自用电以及溴化锂机组用电，~0.6MW）。

2）低压蒸汽规格：0.6MPaG饱和蒸汽（~165℃）液化工厂脱酸单元共需蒸汽~1.6t/h。

3）空调水规格：7℃出水，12℃回水制冷量：~4.15MW其中常用制冷量1.5MW（全年使用），使用蒸汽型溴冷机组，剩余2.65MW则配合工艺系统空冷器，使用热水型溴冷机组（夏季使用，冬季不使用）。

由于项目所在地夏冬两季温差较大，夏季通过CCHP系统，配套蒸汽型及热水型溴化锂机组，即可满足工艺制冷需求，冬季则关闭热水型溴冷机组，仅开启蒸汽型溴冷机组，发电机组所产热水既可通过机组自带散热风扇移除，也可配套远置水箱及大型热交换器（增加水箱投资）用于全厂采暖，本项目考虑机组风扇直接散热。

4）燃料气该方案燃料气气源包括管输天然气（连续供应）及工厂副产BOG（最大1232.4kg/h，66.9kmol/h），组成见下表所示。

表1.3-1 燃料气气源条件表4.工程设想由前述可知，该方案CCHP联产系统为天然气液化工厂配套，所产冷、热、电均供装置自用，不外送。

其能力分别为：电≥5.4MW（孤岛运行）蒸汽≥1.6t/h（0.6MPaG低压饱和蒸汽）制冷≥4.15MW（7℃出水，12℃回水）。

因此，该方案对于燃气发电机组选择不同于一般发电项目，并非一味要求发电效率高，而是在满足发电要求的前提下，冷、热、电负荷的分配比例尽量满足工艺装置要求。

冷、热缺口则考虑另上一套溴冷机组或余热锅炉满足。

同时工艺装置降负荷时，冷、热、电下降幅度尽量同步。

将装置所需冷、热、电负荷，分别考虑相应效率后，折算成机组冷热电对应比例。

表1.4-1 机组冷热电需求比例4.1发电机组（孤岛运行，依次启动2台1.6MW混合冷剂压缩机）按表1.4-1要求，项目组向国内外知名燃气机组供货商发出询价书，共返回1家燃气轮机、4家燃气内燃机方案（3家国外，1家国内），各机组主要性能参数对比如下。

表1.4-2 燃气机组性能参数一览表1）“尾气可产蒸汽”考虑余热锅炉90%热利用效率；2）“热水可产冷量”考虑热水型溴冷机组70%能效比；3）由表1.4-1，装置所需电：汽：冷=（49.4%~53.0%）：（8.3%~9.9%）：（38.0%~41.4%）。

4）装置占地目前未考虑备机占地情况。

该方案对1种燃气轮机、4种燃气内燃机的主要性能参数、占地做了比较，由上表可知：1）燃机轮机（1）机组总输出6.75MW，自用电~0.4MW，净输出~6.35MW；且燃气轮机要求进气压力较高（2.8~3.2MPaG），需配置燃气压缩机（装机~0.55MW），净输出可以保证工艺需求；（2）电效（31.5%）最低，燃气消耗最大，运行成本最高，且尾气余热过量最多，大量余热副产蒸汽无可利用之处；（3）机组并无价格优势。

2）内燃机（1）瓦克夏电输出远超工艺需求；电效率低（36.1%），可利用余热过量大，价格最昂贵；（2）颜巴赫J320机组价格较高，性能指标满足要求，但机组副产蒸汽、冷量较多，无可利用之处；机组数量最多，要求配套余热锅炉及电气设备最多；（3）济柴电输出最小；电效（36%）最低，燃气消耗（~1700Nm3/h）大，机组余热多；且可靠性、稳定性与国外品牌有较大差距；（4）MTU机组从发电效率、燃气消耗、余热过量及机组投资考虑，均为最优。

经上述技术指标比选，MTU机组具有显著的技术优势。

上述方案仅考虑孤岛正常运行时，燃气发电机组的主要性能参数。

但工艺装置设有两台冷剂压缩机，单台装机高达1.6MW，即使变频启动，仍会对孤网造成较大突加功率，而内燃机组抗突加功率能力不强。

因此，在机组已加载~1.4MW情况下（脱酸、脱水单元正常运转），为启动冷剂压缩机，需另设1台启动发电机组，此机组兼做备用机组（见表1.4-2第3项）。

4.2 余热锅炉1）余热锅炉分类燃气内燃机排气温度很高，约400℃~500℃，大量热能随高温尾气排入大气，机组效率较高，~42%。

因而通常采用燃气-蒸汽联合循环系统，将高温尾气引入余热锅炉，加热锅炉给水产生水蒸汽，直接供工艺装置使用。

由于燃气内燃机排气温度比燃煤锅炉炉膛温度低，因而余热锅炉主要依靠对流接触传热。

根据不同标准，余热锅炉可分为：（1）按锅炉水循环形式，有自然循环和强制循环两种；（2）按排气流动方向的不同，分为立式余热锅炉和卧式余热锅炉；（3）按汽水系统，余热锅炉产生的蒸汽压力分为单压无再热循环，双压无再热循环，双压再热循环，三压无再热循环和三压再热循环五种；（4）按是否带补燃，分为补燃型余热锅炉和不带补燃余热锅炉。

单压余热锅炉只产生一种压力的蒸汽，适用于低参数、小型机组。

双压或三压余热锅炉产生两种或两种以上的压力，确保能更多份额的回收热能，适用于排气温度较高，单机功率较大的机组。

补燃型余热锅通过补充燃烧一定数量的燃料，增大余热锅炉的蒸汽产量，可以提高余热锅炉的效率。

无补燃的余热锅炉仅单纯地利用燃气轮机排烟余热对给水进行加热，无需补充天然气即可产生符合需要的蒸汽。

无补燃余热锅炉的系统较为简单，方便维护检修。

2）锅炉选择本方案CCHP系统正常运行共4台燃气内燃机发电机组，单台尾气8364kg/h，434℃，余热725kW，可产蒸汽1.13t/h。

由于发电机组尾气背压<20kPaG，烟道过长，不仅造价很高，而且不利于各机组尾气的分布与流动。

根据工艺装置热负荷需求，其负荷波动性较小，供热蒸汽参数较低（0.6MPaG饱和蒸汽），因而采用无补燃单压余热锅炉。

对于正常运行的4台燃气机组，采用“两头一尾”（即2台发电机组配1台余热锅炉）流程，设置2台2.5t/h余热锅炉；对于启动机组（兼备机），设置1台1.5t/h余热锅炉是合适的。

3）工艺流程（1）烟气流程内燃机排出高温烟气，通过膨胀节进入专门设计的余热锅炉。

锅炉尾气入口处烟道由膨胀节和锅炉进口过渡烟道组成，出口烟道由出口烟道膨胀节和烟窗组成。

膨胀节采用非金属结构，可有效吸收锅炉的膨胀，能够满足整个装置在热态膨胀时安全可靠的运行。

（2）汽水流程除氧用蒸汽为除氧器自带受热面提供，包含除氧水箱（除氧蒸发器汽包）、除氧头、供汽及补汽、上水、补水和控制等相关附件。

锅炉给水系统中配备除氧水泵，使给水进入高位布置的除氧器，除氧水再经过锅炉给水泵后进入省煤器至锅筒后循环。

锅炉的蒸汽出口母管上应配备电动截止阀，锅炉系统中还应配备定排，连排和蒸汽取样。

除氧水经锅炉给水泵送至省煤器，加热后送往汽包，再由余热锅炉汽包和蒸发器自然循环加热，产生的汽水混合物送至汽包进行汽水分离，其中的饱和水继续参加循环，产生0.6MPaG饱和蒸汽，经全厂低压蒸汽管网供工艺装置使用。

（3）锅炉排污因该方案锅炉容量小，故其排污量较少，热损失量相对较小；因此不考虑回收利用连排扩容二次蒸汽；故锅炉的连续排污和定期排污共用排污扩容器，设计一台排污扩容器及排污井。

炉后排污母管，引至主厂房外侧的排污扩容器、排污井冷却后流入厂区排水沟或化水系统的废水中和处理池，在排入厂区排水沟。

4）锅炉参数表1.4-3 锅炉参数一览表4.3 热水型溴化锂机组1）制冷原理在溴化锂吸收式制冷中，水作为制冷剂，溴化锂溶液作为吸收剂。

由于溴化锂水溶液本身沸点很高，极难挥发，所以可认为溴化锂饱和溶液液面上的蒸汽为纯水蒸气。

在一定温度下，溴化锂水溶液液面上的水蒸气饱和分压小于纯水饱和分压，而且浓度越高，液面上水蒸气饱和分压越小。

所以在相同的温度条件下，溴化锂水溶液浓度越大，其吸收水分能力越强。

这也就是通常采用溴化锂作为吸收剂，水作为制冷剂的原因。

2）工艺流程机组由发生器、冷凝器、吸收器、蒸发器和热交换器以及相应的屏蔽泵、真空泵等主要部件组成。

其中溶液将吸收器里的稀溶液经热交换器送到发生器里去，由外供热源（蒸汽/热水）将它加热浓缩成浓溶液，同时产生冷剂蒸汽．冷剂蒸汽在冷凝器中冷凝成冷剂水，其潜热由冷却水带至机外。

冷剂水进入蒸发器后，由冷剂泵经喷嘴喷淋。

在高真空下冷剂水吸收蒸发器管内冷水的热量，低温沸腾再次形成冷剂蒸汽，与此同时制取低温冷水（本机提供的冷源）。

浓缩后的浓溶液经热交换器后直接进入吸收器，经布液器淋激于吸收器换热管上。

浓溶液一方面吸收蒸发器所产生的冷剂蒸汽后，本身变成稀溶液，另一方面将吸收冷剂蒸汽时释放出来的吸收热量转移至冷却水中。

制冷循环是溴化锂溶液在机内稀变浓再由浓变稀和冷剂水由液态变气态再由气态变液态的循环，两个循环同时进行，周而复始．热交换器是高、低温溶液间相互进行热量交换的设备，有利于提高机组的热效率。

机组有两个发生器，冷凝器，蒸发器和吸收器，组成基本分开又有一定联系的两个独立制冷剂和吸收剂工作循环系统。

热水，冷水和冷却水串联在两个循环系统之间，而且热水与冷水、冷却水相向而行，形成彼此间逆流热交换。

在两个独立循环中合理分配制冷量、温度差的比例，以及选用合理的温度、压力和浓度的参数，使发生，冷凝，蒸发和吸收过程达到最理想状态，将热源热水温度降得更低。