天然气分布式能源系统余热利用方式浅析

沈敬平

安徽省产品质量监督检验研究院 安徽合肥 230601

1 概述

燃气的分布式能源供应系统在国外已经取得了一定的成就，然而，在我国，由于能源的开发起步较晚，所以在余热的利用方式方面尚还处于初期的发展阶段，在这过程中，就不可避免的会遇到许多的问题，从而制约了余热利用方式的进一步在发展。为此，本篇文章在研究大量文献和相关的研究调查后完成，通过对分布式能源系统在设计、规划和发展过程中经常会出现的问题和需要注意的问题进行分析，比如：在进行冷热电负荷的确定工作、设备的配置和运行工作中、天然气的供应能力和需求的矛盾方面都存在着一定的问题。因此，为了更好的推动余热利用方式在我国的应用，需要加强不断的研究，推动其广泛的深入的应用。

分布式能源系统作为天然气利用的主要方式，具有利用效率高、污染程度小的作用。在这种利用方式中，主要是利用了阶梯式的方式，将能源分化成阶梯式的方式，满足附近用户的各项需求。同时，在利用的过程中，还体现了节能、环保、灵活性高、经济性好的特点，对于人民的天然气使用和天然气的供应企业发展都有积极的作用，因此，这种能源的利用方式被得到了广泛的应用。根据调查和研究发现：在分布式的能源系统利用方式中，各种燃料的电能转化比仅为35%左右，而在这些燃料的剩余能量中，还存在着大量的污染物和伴随着其他的能源而排出的各种能量。其中，有30%左右的能量伴随着烟气排除，有25%左右的能量伴随着冷却水而排除。由此可见：在该能源系统中，还存在着很多的能源浪费问题。因此，为了更好的提升能源的利用效率，充分的发挥现代化能源的积极作用，需要对能源进行余热利用处理[1]。

为了更好的提升后续能源的利用效率，需要加强对发电后的余热进行有效的回收处理，从而充分利用这些热能，发挥其积极作用。这不仅是能源利用的关键所在，也是分布式能源系统利用的重要方式，因此，必须要加强对余热处理工作的重视度。

2 余热能量分析

在现阶段的能量余热利用方式中，主要利用到了燃气轮和内燃机的作用。

2.1 燃气轮机

现阶段中投入使用的燃气轮机在范围的划分上属于旋转叶轮式的流体机械。这种机械装置的运行原理主要是通过压气机的作用将空气进行增压的处理，从而在整个燃烧室内将内部的燃气与高压的气体进行混合燃烧，从而达到气体膨胀，带动发电机运转的目的。一般来讲，发电机在运行过程中的发电效率要保证在20%～38%左右。只有这样，才能够使得内部的天然气得到充分的燃烧，提高能源的利用效率。在这过程中，还需要注意将燃气和蒸汽进行联合的循环处理。在处理工作中，烟气进入到余热的锅炉之后，会利用内部的蒸汽系统，提高发电效率。根据研究发现：锅炉内部产生的蒸汽会带动汽轮机的迅速运转，从而更好的提高发电效率，经过蒸汽带动后的汽轮机发电效率一般可以保障在50%及以上。在利用余热进行处理时，还可以利用回收到的烟气来进行重复的利用，这种烟气主要被利用在制冷工作中，但是，根据烟气的特性和锅炉的生产性能，在供热处理方面也有很好的适用效应[2]。

2.2 内燃机

内燃机在不同的生产活动中有不同的型号，在现阶段的天然气工作中，主要利用的是复活塞式的运用机械这种机械装置主要利用的是燃料和空间混合之后的易燃性特点。根据燃料和空气的特性来看，二者都具有一定的可燃性特点，为此，在整个封闭的气缸内部将二者进行融合，更是增加了易燃性的特性，加大了爆炸的可能性，从而推动活塞开始活动。同时，在活塞开始运动之后，还会相应的带动内部的连杆机构进行发电处理，带动发电机器设备的运转。这时发电机的运行效率能够达到35%～47%左右，从而稳定了发电性能，输送了更多的电能。

3 余热利用方式

余热利用的方式多种多样，在不同的国家、不同的地区中都会选择不同的余热利用方式，我国现阶段被广泛的投入使用的是热交换式的余热利用方式。

热交换式，顾名思义，就是利用余热内部的焓，通过固定的机械设备而进行能量交换的行为方式，在最终的交换工作结束之后，能量会被自动的转化为生产过程中所需要的蒸汽和热水。在进行转化的过程中，需要利用到余热所用的锅炉、换热器等设备，以便更好的提高余热的利用率。在这过程中，需要综合考虑到各种因素对热能转化率的影响，从而更好的提高品质。很多的工厂中，已经出现了较为成熟的转化工艺，他们在进行转化的生产活动中，能够将低质和高质的能量进行分开处理，从而提升转化效率。

在进行蒸汽的处理工作时，可以利用推动机轮的作用。推动机轮因其自身存在的较大压力，能够自行的带动发电机进行运转，这种发电机不仅能够被投入到余热的转化工作中，在供暖设备的投入使用中，也有积极地效益。在进行生活供水的使用过程中，还需要利用到板式的换热器进行加工在处理。这种板式的热换器不同于其他的换器设备，其主要有定量的金属片叠装而成，让相关的液体或者气体通过这些金属片实现热能的交换处理工作。在进行吸收式的热处理工作中，有众多的机械设备，不同的机械设备转化率不同。相关的工作人员就可以根据某地的生产需求，选择不同的设备，从而达到相应的生产目的。

在进行商用的燃气灶具的余热利用时，要对其进行准确有效的分析。商用燃气灶使用过程中，输入端的能源主要是燃气燃烧所产生的热量。输出端的能源则包括：用于加热烹饪菜肴的直接利用的有效热量、 燃气不完全燃烧部分的损失能量、烟气带走余热以及和设备向外散热损耗的能量等。直接有效利用的能量是被用于加热锅烹饪菜肴的热量，通常以在锅内加入一定量的水吸收的热量。通过研究发现，在实际产品使用中，燃气不完全燃烧部分的损失能量和散热损耗的热量相对较小，烟气是主要的热损形式。列如普通大锅灶的烟气温度可高达400℃以上。一套完善的商用燃气灶余热回收利用装置主要由烟气换热器、储水箱、冷、热水循环系统等构成。燃气会在燃烧的过程中产生大量的高温烟气，而这些余热（废热）不能够被烹饪利用过的水吸收。为此，可以采取让烟道内余热回收利用装置充分吸收这些高温烟气所带走的余热（废热）。其工作过程为冷水进入烟气换热器，与高温烟气进行换热后送至储水箱，然后供热水用户使用。换热过程中烟气中水蒸汽很少冷凝析出。最终排出的烟气温度为60℃～120℃。

4 余热利用设备配置原则

在进行余热利用装备的配置工作时，需要充分的考虑到各项设备对装备配置的影响，选择合适的规格和特性的设备进行组合，从而进行能源的高效利用。因此，在进行设备的配置工作中，需要充分的贯彻以下几项原则：

4.1 匹配负荷原则

匹配负荷原则是进行余热处理设备装置工作的前提和基础，在进行设备的配置工作中，首先需要选定匹配的负荷指数开展工作。根据分布式能源系统的核心特点来看，其主要是为了能够让就近的用户满足基本的能源需求，从而减少能源运输的时间，降低在运输过程中所造成的各种能源消耗。因此，在选择各项设备和燃机的过程中，需要综合以往的相关经验和数据，在最大程度上提升电能的使用效率，保证余热能够得到最大化的使用，降低在使用过中的消耗[3]。

4.2 余热优先原则

根据分布式能源系统的相关规则和规定来看，在进行设备的配置工作中，需要按照以热定电的原则，开展相应的工作。根据该原则的相关规定，在进行设备的配置工作中，需要充分的保障各项设备的电量和余热量稳定在冲则的状况下，高效的开展余热转化工作，减少不必要的消耗，从而在最大程度上提高能源的利用率[4]。

4.3 灵活搭配原则

在进行配置的工作中，可能会由于某个部件的缺失而导致相应的工作无法开展，在这过程中，就会有许多的工作人员选择放弃，指导、直到寻找到相应的匹配的部件。虽然这种工作思想能够在一定程度上确保设备的安全、精准性，但很明显，在人民的需求不断增长的状况下，降低了工作效率，不利于满足人民的需求。

为此，工作人员可以在进行设备的配置工作中，结合部件的特点和不同的实际状况、相关的建筑结构特点，对不同的设备进行负荷的特点分析，选择合适的换热工艺。在这过程中，需要着重注意在换季或者过渡季时的负荷变化，这时的负荷变化相比较于其他时间的负荷变化，呈现出无序、变化速度快的特点，提升了工作难度。

在进行一般的公共建筑热处理的工作中，需要考虑到供冷供热的空调机组的作用。根据研究发现：在进行公共建筑的处理时，由于这些地方对于供冷供热的需求更大，所以就需要提升该地区的热功率，从而更好的满足需求。

4.4 简洁高效原则

在进行设备的配置工作中，囊括了众多的生产环节，为此，工作人员在开展配置工作时，需要耐下心来，仔细思考，对于涉及到的每一环节和每一生产活动都需要进行反复的斟酌。由于涉及到了众多的能源转换环节，所以在进行能源的转换过程中，也需要消耗大量的热量。因此，就需要贯彻简洁高效的原则，提升能源的利用率，减少不必要的损耗。

5 认真分析建设条件

5.1 终端用户需求

在进行分布式能源系统的建设过程中，首先需要充分的考虑当地用户的需求。在进行能源站的规划设计时首先应认真分析、准确计算确定用户的冷热电负荷及其变化，而不能简单地套用某些建筑物工程设计中的有关数据。集气站作为整个消防管理工作开展的重要组成组分，对于整个管理质量的高低发挥着重要的作用，因此，必须要提高对集气站位置挑选的重视度。根据集气站的特点和消防管理的要求，风向较小、坡度平缓的位置是集气站建造的最佳位置。另外要注意的是，如果集气站周围建造了其他的有气体散发的机构时，要将选址定在上风向的位置。这个位置，如果出现了大风等天气，因为处在风向较小的地区，所以即使周围有气体散发的机构，也不会对其造成太大的影响，降低了危险事故的程度。

同时，还要加强对周围的建设，因天然气本身的易燃性特点，很容易对周围的环境造成影响，因此，周围的消防部门的设置和消防部队的驻扎就尤为重要。建立完善的消防举措和专用线路，保障消防部门能够在危险事故发生的30分钟之内到达现场，开展消防工作。在开展消防工作时，一定要按照国家关于石油天然气工程设计防火规范，保障消防工作的可行性和针对性，能够发挥其应有的作用。

5.2 加强对消防管理的重视度

做好相应的消防管理之后，要注重对天然气处理厂站风险管理的重视度。作为风险管理的基础工作，识别风险是开展风险控制的前提和基础，唯有明确了风险控制管理工作中可能出现的各项风险，才能够在后期的工作中加强对风险管控的重视度。为此，在进行风险识别时，工作人员要有足够的能力对于天然气处理厂中存在的风险及其影响因素进行准确的判断，并能够运用自己的专业能力和现代化设备进行损失估算，最后，要结合对风险的识别与评估，进行风险控制工作。

在开展对天然气处理厂站风险评估的工作时，可能会运用到众多的风险评估理论和方法，指数评分法和决策树分析法是应用较为广泛的两种方法。指数评分法最初被应用在管道风险的评估工作中，由于其工作量大、成效低、主观性强，存在着较大的弊端。这主要表现在进行风险评估的工作时，其主要是利用了过去的相关数据和专家的一些经验，进行风险的总结，找出各个风险之间存在的共同点，从而确定风险所在。由此可见：这种方法存在着较大的主观性，不同的风险评估人员可能会对一件事情得出不同的结论，并且，指数评分法尚未建立完善的评价系统，在使用过程中还存在着较大的漏洞。

相比较于指数评分法，决策树分析法就很明显的能够避免上述方法中存在的弊端。这种方法主要指的是利用模型的构建来进行天然气处理厂风险的处理，通过建造的模型，使得风险能够进行直观的展现。

在对天然气处理厂站的风险管控影响因素的调查研究中发现：其选址、周围的环境、管道的设计、各项设备的使用等都会对风险控制管理工作造成一定的影响，因此，在进行在风险控制的工作时，相关的工作人员要利用恰当的安全管理方法实现对天然气风险的有效管理与控制。例如：工作人员进行不断的学习、规范设备操作流程、引进先进的技术设备、定期的进行维修等，但是这些效果并不太明显，而最有效的风险控制举措是完善的风险控制方案。在任何一项工作开展时，都需要纲领性的文件作为指导，引导整个风险控制管理工作的开展。

为此，在进行方案的设计时，首先要明确厂站的布局和施工地址，对于施工地址的地质状况、周围环境等进行明确的勘查和检测，确保施工的可行性。其次，在进行管线的填埋时，尽量选在地下的位置，避免外界环境对管道的影响。在厂站的建设和运行过程中，要定期的开展教育工作，不断的提高工作人员安全管理的意识，提高他们对设备的操控力和执行力。

6 结语

在进行余热处理的过程中，需要综合考虑多方的因素，根据实际的负荷需求状况，开展相应的余热设备处理工作，从而更好的提升能源的使用效率，减少不必要的能源损耗。