某医院热电冷三联供＋集中供热技术改造方案
2009年09月08 00:00:00 来源：中国制冷空调技术网
摘要：在分析某医院热、电、冷负荷和天然气、蒸汽消耗情况基础上，提出了热电冷三联供+集中供热的节能改造方案。分析结果表明，热电冷三联供+集中供热技术方案的安全性及经济效益较好，是一种合理可行的“绿色化”改造方案。
工程概况 某医院是一座大型综合性现代化医院，建成于1984年，占地面积9.7㎡，共有建筑面积16万㎡，其中12万㎡为医院区(办公用房和病房)，4万㎡为住宅区。 医院热、电、冷的供应现状如下： *供热 医院自设锅炉房，共有4台10t/h燃气蒸汽锅炉，总生产能力为40t/h蒸汽，主要为医院的冬季供暖、生活热水、卫生消毒、蒸煮提供蒸汽。 *制冷 有电制冷和蒸汽制冷两种方式。其中病房楼采用蒸汽制冷，由锅炉房提供蒸汽；其余部分采用窗机分散式电制冷。 *用电 医院设有2台变压器，单台负荷为3000 kW，共计6000kW，为医院提供所有生活及医疗设备用电。 医院热、电、冷负荷及天然气、蒸汽消耗量调查 *热负荷 医院的供暖面积为16万㎡，其中医院区12万㎡，住宅区4万㎡。医院设有床位1315张。医院区热指标，按80 W/㎡计算；住宅区热指标，按60 W/㎡计算。供暖热负荷共计12 MW，生活热水热负荷为2.5 MW(按50t/h生活热水用量计算)，合计14.5 MW。 *电负荷 该医院用电，大致分为几个部分： 正常生活及生产用电、制冷用电、锅炉房用电。 供暖期（1~3，11，12月）：电负荷平均为1100kW，其中单台锅炉电负荷为21 kW，配2台循环水泵，单台功率15 kW，一用一备。 制冷期（6~9月）：6月电负荷为1620 kW，7、8月电负荷，均为1880kW，9月电负荷为1250 kW。 过渡期（4、5、10月）：电负荷为930~960 kW。 *冷负荷 医院的供冷面积为12万㎡，冷负荷指标取100 W/㎡，则总冷负荷为12 MW。 医院病房楼采用集中制冷，设有2台2.3 MW(200万kcal/ h)的蒸汽溴化锂制冷机组，总功率4.6 MW，主要为病房楼供冷，病房楼的面积为3万㎡(实际负荷为3MW)。 其余部分，采用分散式电制冷，冷负荷为9MW。 以上冷负荷，均按冷负荷指标和供冷面积计算得出。（医院负荷相对于其他建筑一般都偏大。） *天然气用量 医院的用气高峰期，是1~3、11、12月，其中以1、12月天然气用量最大，最高可达979 522m3；4~10月天然气用量基本保持平稳，每月为30万m3左右。 这主要是因为医院采用自备天然气锅炉供暖，故在供暖期天然气用量大；而在非供暖期，天然气锅炉只提供生活热水、卫生消毒及蒸煮用汽，所以天然气用量相对平稳。 *蒸汽负荷 医院蒸汽，主要用于供暖、制冷、卫生消毒、蒸煮和生活热水。按院方提供的数据，蒸汽主要在白天使用，晚上几乎不用。 根据年度分阶段蒸汽用量统计，制冷期蒸汽最大用量为14t/h左右，其中制冷用3t/h左右、生活热水用汽3t/h、卫生消毒及蒸煮用汽8~9t/h；供暖期和过渡期生活热水、卫生消毒及蒸煮用汽11t/h左右。 热电冷三联供+集中供热技术改造方案 根据以上负荷，如果单纯用热电冷三联供模式，对于医院来说，首先缺乏安全性，其次3种负荷很难做到匹配，而且，即使能在设备选型上做到合理地匹配，但由于冬夏热电负荷差别较大，制定一个合理的运行方案也很困难。 鉴于此，根据医院周边敷设有城市集中供热管网的优势，笔者提出了一种热电冷三联供+集中供热的技术方案。 *设计原则 方案能源配置的原则是：以电力负荷定容量，不足冷量由电制冷补充，不足热量由城市热网补充；电力并网不上网。 因此，燃气发电装置的功率选择原则是：平均负荷+尖峰负荷，接近或小于医院要求的电力负荷，并具有较大的调节灵活性。 *技术方案 方案设计范围是：医院全年用电、冬季供暖、夏季病房楼制冷。医院其他区域的夏季制冷，沿用原有的电制冷方式及设备不做改动。 根据以上设计范围，本方案拟选用2台燃气轮机发电机组，1台为平均负荷机组，1台为基本负荷机组。2台机组根据电负荷需要分时段运行，为整个医院提供基本负荷，不足部分由城市电网补充。 产生的蒸汽，一部分用于供暖及制取生活热水，一部分用于制冷，一部分用于卫生消毒及蒸煮。 供暖不足部分，由城市热网补充；蒸汽不足部分，由燃气锅炉产生的蒸汽补充。多余的部分热量，可送入城市热网。这里城市热网还起到蓄热的作用。 *运行方案 热电冷三联供方案的经济性，主要取决于机组怎样运行。合理的运行方案，可减少能源损失，降低能耗，创造最大效益。 运行方案，由医院每天各时段的热、电、冷负荷决定。根据本方案的设计原则，电负荷决定了机组的运行时段及台数，蒸汽需要量决定了燃气锅炉的运行时间，热和电的缺口，可随时由城市热网及电网补充。1.制冷期（6月1日~9月11日）。 由于制冷期用电量大，白天2台机组全部运行，发电量为1600 kW，电力不足部分，由城市电网补充；机组产生蒸汽6t/h，其中蒸汽溴化锂制冷机组消耗3 t/h，富余3 t/h可用于卫生消毒及蒸煮卫生消毒及蒸煮蒸汽缺口5~6t/ h。 可由燃气锅炉补充晚上运行平均负荷机组，发电量1000 kW，产生蒸汽3.58t/ h，其中3 t/ h用于蒸汽溴化锂制冷机组，其余部分用蓄热水箱蓄热，用于制取生活热水，不足的生活热水负荷，由城市热网补充。 2.供暖期（11月1日~第二年3月31日）。 白天起始时段，运行平均负荷机组，发电量1000 kW，产生蒸汽3 .58 t/h；尖峰时段运行2台机组，发电量1600 kW，产生蒸汽6 t/h，用于卫生消毒及蒸煮，卫生消毒及蒸煮蒸汽缺口约2~3t/h，由燃气锅炉补充。 白天与晚上的供暖负荷，由城市热网供应。晚上用电量减少，只运行基本负荷机组，发电量600kW，可满足医院的用电负荷要求。产生蒸汽2 .48 t/ h，可用于供暖及制取生活热水，不足部分由城市热网补充。 3.过渡期（4月1日~5月31日、9月12日~10月31日）。 运行方式同供暖期，只不过晚上产生的蒸汽，通过蓄热水箱蓄热，白天制取医院生活热水。 设备选型 *燃气轮机发电机组 该发电机组，分平均负荷机组和尖峰(基本)负荷机组，各1台。前者型号为GPC010D，15℃时发电量1000kW，产生蒸汽3.58t/h，天然气消耗量369 m3/h；后者型号为GPC06D，15℃时发电量610kW，产生蒸汽2.48t/h，天然气消耗量280 m3/h。而且，燃气轮机发电机组自带余热锅炉。 *蒸汽溴化锂吸收式制冷机组 燃气轮机发电机组选定后，再选择机组的外围设备。 可以有两种不同的方式，来利用燃气轮机的排烟： 一种方式，是燃气轮机的排烟，进入余热锅炉产生蒸汽。夏季，蒸汽进入蒸汽溴化锂吸收式制冷机组，制取冷水，向用户提供冷量。冷量不足时，启动辅助电制冷机（或燃气直燃机）供冷。冬季，蒸汽进入换热器制取热水，向用户提供部分热量，不足部分由城市热网补充。 另一种方式，是燃气轮机的排烟，直接进入烟气溴化锂吸收式冷热水机组。夏季，烟气溴化锂吸收式冷热水机组用于制冷，向用户提供冷水，冷量不足时进行补燃，产生更多的烟气用于制冷。冬季，烟气溴化锂吸收式冷热水机组，用于制热，向用户提供热水，不足热量由城市热网补充。 采用蒸汽溴化锂吸收式制冷机组的热电联产，需要一些辅助设备，如余热锅炉、换热器等，而采用烟气溴化锂吸收式冷热水机组，不需要其他大型的辅助设备。总体来讲，采用蒸汽溴化锂吸收式制冷机组的热电联产，初投资略高于采用烟气溴化锂吸收式冷热水机组的热电联产。 考虑到过渡期生活热水用量小，蒸汽消耗量不大，而此时若制备蒸汽，可供给医院使用，从而减小燃气锅炉的产汽量；而且，由于原有设备能满足现有制冷需要，为了节省投资，减少改造费用，决定采用原有的蒸汽溴化锂吸收式制冷机组，不再重新选型。 *其他设备 其他设备均用原有设备，不进行改造。 *一次管网及换热站 根据供暖期的运行方案，白天医院的供暖全部，由城市热网承担，故本方案对一次管网的改造部分，按医院全部供暖负荷考虑，这样投资会大一些，但在供热安全上有保障。 根据计算，所需城市热网一次管网管径为DN200，路由长度为200 m。设备选型为：医院外部一次管网，直埋管DN200， 400 m；热力小室，长/宽/高为5m×3m×3m，2个；换热站，4个系统，1座。 *电气部分改造 由于医院对供电的可靠性要求较高，本方案采用发电机并网不售电的方案。发电机出口设置断路器，和城市电网供电高压母线联络。发电机和城市电网同时供电，尽量使发电机满负荷运行，以提高效率。如果发电机发生故障，城市电网在第一时间承担医院的全部电负荷。医院原有自备发电机组为二级备用。 燃气轮机发电机组，作为独立电源，应设置完备的启动、运行、同期检测、并网、过压、过流、过负荷、短路、低压低周减负荷、故障停机及自动解列等保护和控制功能的微机保护装置。 应在发电机出口开关处，设置检测参数齐全的智能型计量用电力仪表。发电机10 kV母线真空开关柜，布置在燃气发电机间，靠近发电机电源出线端子。 主要电气设备及材料为：10 kV母线真空开关柜（KYN28 A-12kV），10面；4 kV备自投装置，3套；封闭式母线槽（2000 A），120m；10 kV互投保护装置，3套。 *改造前后热、电、冷供应方式比较 电：改造前是城市电网，改造后是燃气轮机发电机组＋城市电网； 供暖：改造前是燃气锅炉，改造后是城市热网； 生活热水：改造前是燃气锅炉，改造后是城市热网＋燃气轮机发电机组的 余热锅炉；
制冷：改造前是电制冷＋溴化锂制冷机组；改造后仍是改造前是电制冷＋溴化锂制冷机组； 蒸汽：改造前是燃气锅炉，改造后是燃气锅炉＋燃气轮机发电机组的 余热锅炉。 投资估算 工程总投资3356.96万元，其中工程费用2789.00万元，其他费用262.78万元，预备费用305 .18万元，详见“热电冷三联供＋集中供热方案投资估算表”。 热电冷三联供＋集中供热方案投资估算表（万元） （此表请与“投资估算”文在同对开）
| 安装工程 | 设备及工器具购置费 | 合计 | |
| 工程费用 | 384.00 | 2405.00 | 2789.00 |
| 燃气轮机 | 100.00 | 2000.00 | 2100.00 |
| 电气 | 54.00 | 125.00 | 179.00 |
| 热力站 | 120.00 | 280.00 | 400.00 |
| 热力管网 | 110.00 | 110.00 | |
| 其他费用 | 262.78 | ||
| 预备费用 | 305.18 | ||
| 项目总投资 | 384.00 | 2405.00 | 3356.96 |
技术经济分析及与当前运行模式的经济比较 *经济评价原始数据 所有价格以2006年度为准。天然气价格，冬季供暖期2.55元/m3，其他时段1.95元/m3。电价，0.73元/kW·h。水价，6元/t(含排污费)。供暖费用，医院按30元/㎡、住宅按24元/㎡计算。生活热水费用，5元/t。产生每t蒸汽消耗天然气量，76 m3。人员工资及福利，按25人考虑，工资按36 000元/人·a计算，福利按55%考虑。 *能耗分析 以医院2006年用电量及天然气用量为基准，对当前系统的用电量及天然气用量进行统计，不考虑用电量及天然气用量的每年递增。根据运行方案计算得出的用电量和天然气用量，见“热电冷三联供＋集中供热方案与当前系统能耗对比表”。 热电冷三联供+集中供热方案与当前系统能耗对比表 （此表请与“能耗分析”文在同对开）
| 当前系统 | 三联供+集中供热 | 增减量 | ||||
| 电（万kW·h） | 天然气（万m3） | 电（万kW·h） | 天然气（万m3） | 电（万kW·h） | 天然气（万m3） | |
| 供暖期 | 411.5 | 409.7 | 101.6 | 171.2 | －309.9 | －238.5 |
| 其他时段 | 717.4 | 197.6 | 240.4 | 283.6 | －477.0 | ＋86 |
| 合计 | 1128.9 | 607.3 | 342.0 | 454.8 | 786.9 | －152.5 |
注：增减量一栏中电量的数值，为三联供＋集中供热系统机组的发电量，按设计负荷的95%计算。先计算出三联供＋集中供热系统机组的发电量，然后用当前系统的总用电量，减去三联供＋集中供热系统机组的发电量，得出三联供＋集中供热系统的用电量。 *运行成本分析及比较 在运行费用分析中，把原有燃气锅炉房的大修理费、中小修理费、管网运营维护费及人员工资和福利都视同不变，只分析用电量、天然气用量、供暖及生活热水能耗的增减量，对热电冷三联供＋集中供热方案，与当前运行方式的运行费用，进行比较分析，结果见“热电冷三联供＋集中供热方案，与当前运行方式的费用分析表”。 由此表可以看出，采用热电冷三联供＋集中供热方案，每年可减少运行费用361.7万元，按基准收益率7%计，本项目投资回收期为10.3 a。表明本项目有较好的经济效益。 热电冷三联供＋集中供热方案，与当前运行方式的费用分析表（万元）
| 成本费用名称 | 现有燃气锅炉房 | 热电冷三联供＋集中供热 | 可减少费用 |
| 购天然气费用 | 1319.2 | 1063.8 | 255.4 |
| 购电费用 | 903 | 249.7 | 653.3 |
| 供暖费用 | （含在天然气、电费用内） | 456 | －456 |
| 生活热水费用 | （含在天然气、电费用内） | 91 | －91 |
| 总计 | 2222.2 | 1860.5 | 361.7 |
