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天然气差压发电在燃气电厂和燃气管网中的应用

完成单位:上海申能临港燃机发电有限公司

登记编号:ZSCX-D4-J-1-75      登记年份:2020      登记日期:2020-09-21

项目概况

临港燃机配置有4台联合循环发电机组,主要承担上海城市电网和天然气管网的双调峰作用,机组经常处于热备用状态,厂用电成本较高;此外,机组在运行过程中,凝汽器换热后的海水、余热锅炉排污等都会造成一定程度的余热损失。另一方面,与电厂相邻的上海市LNG末站主要担负进口LNG调压、调流作用,具有天然气流量大、天然气流量稳定、末站前后压差大的特点。为合理利用LNG末站天然气的差压余能,并为电厂提供部分厂用电电源,项目安装了一套和LNG末站调压单元并联的天然气差压余能利用装置。

本差压发电项目是国内最大的利用天然气差压发电的项目,也是国内首个将天然气膨胀做功与天然气冷能、发电机组余热、海水换热余能利用技术相结合的能源综合利用研究示范项目。项目综合了天然气差压余能、发电机组余热、天然气膨胀做功后的冷能等资源,将能源的综合利用做到了极致,真正实现了电气联动、资源整合和系统集成。项目的主要创新点和亮点体现在以下几方面:

1、项目首次将天然气透平膨胀机与LNG调压站技术相结合,并应用到燃气-蒸汽联合循环发电厂,属国内首创。膨胀机设计工况出力约2.5MW,最大工况出力5.6MW,其发电能力为国内之最,世界罕见。项目投产后,显著减少了电厂厂用电量,增加了上网电量,相应降低了发电气耗。

2、在膨胀机入口前设一台前置杂用水换热器,利用杂用水池中机组启动和运行阶段产生的机组余热(如锅炉汽包排污水、蒸汽管道疏水)对天然气进行加热,提高天然气初始温度,增大膨胀机出力,同时降低杂用水温度,停用杂用水闭式冷却塔,进一步减少了厂用电量。

3、在膨胀机出口设置了2台后置海水换热器,利用机组循环水(海水)来大幅提高天然气膨胀做功后迅速下降的温度,有效弥补天然气降压做功的内能损失,大大减少了LNG、下游管网公司为解决天然气减压霜冻问题而投入加热装置的能源消耗。

4、机组循环水经后置海水换热器后温度下降,平衡了回水井温度,减少了循环水排水对附近海域的生态影响,有利于周边环境保护。此外,一旦海水换热器水侧出口温度低于机组循环水取水温度时,通过综合循环水系统重新并入机组循环水进水母管,进一步降低凝汽器真空,增加机组出力,减少闭式水系统厂用电能耗,实现天然气差压冷能利用。

5、与电厂机组循环水系统进行融合,形成了全厂综合海水系统。新的系统实现了电厂机组循环水泵与变频海水换热泵的综合使用,同时还实现了机组循环水与差压发电冷却海水的综合利用,节约了大量电厂厂用电量。

6、为确保下游天然气管网安全运行,差压发电项目配置了100%容量旁路系统,并制定了以调流阀精确调流、调压阀负责快速响应的旁路调节控制方案。既能保证在旁路正常投用时流量调节的稳定性,又可应对膨胀机跳闸时旁路需快速开启的意外工况,并开发配套逻辑,在DCS中实现了膨胀机自动启停和旁路自动切换的控制功能。

从项目立项到投产发电,再从投产发电安全运行至今,差压发电项目在经济效益、社会效益、管理水平等方面取得了丰硕的成果。

项目正式投运的一年时间里,发电装置运行6793.5小时,发电1586.17万kWh,全厂综合厂用电率从2.3%下降至1.7%,静态投资回收期为4.65年。除此之外,项目还大大节省了LNG末站天然气加热用气耗,增加了LNG末站现有调压撬通流能力,为降低LNG末站扩建的投资创造了条件。

项目不消耗燃料,没有任何污染物排放,属于纯正绿色的节能环保项目。按照膨胀机年总发电1586.17万kWh计算,每年可节约标准煤5091.6吨,减排二氧化碳13441.8吨、二氧化硫127.4吨、烟尘53.1吨、氮氧化物109.4吨。另外,从差压发电设备制造产业链来看,本项目以创新示范效应带动膨胀机及其辅机设备等压差发电设备生产和制造,极大推动相关产业在中国的发展,有效提升能源的利用水平,促进节能减排事业的发展。

通过本项目的实施,临港燃机项目管理标准化和精细化得到进一步提升,项目管理人才队伍得到很好地锻炼。此外,项目实施期间公司员工先后发表了相关专业技术论文5篇,申请或获得授权专利6项,员工的技能水平得到大幅提高。通过差压发电项目,全员科技创新热情得到激发,公司接连开展了多个科技技改项目,先后获得“申能股份科技进步奖”、“上海市职工创新工作室”等荣誉称号。

随着国内大气环境治理日益严峻,天然气普及范围将越来越广,天然气输气管线输气流量越来越大,这就为天然气差压发电项目的推广营造了良好的条件。天然气差压发电可广泛应用于天然气接收站、天然气处理站以及天然气用户单位的调压站区域,利用差压发电的同时还可回收生产工艺的余热,生产冷能,为用户单位提供冷、电等综合能源。