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1、R e s e a r c ho nT h e G a sT u r b i n eD i s t r i b u t e dE n e r g yP l a n t si nC o k i n gE n t e r p r i s e sW UH a n gB E(H u n a nA g r i c u t r a lU n i v e r s i t y)2 0 0 4At h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h eR e q u i r e m e n t sf o r t h ed
2、 e g r e eo fM a s t e ro fE n g i n e e r i n gI n d u s t r a lE n g i n e e r i n gi n t h eG r a d u a t eS e h o o lo fH u n a nU n i v e r s i t yS u p e r v i s o rP r o f e s s o rD E N GQ i a n w a n g&P r o f e s s o r a t eS e n i o rE n g i n e eL IJ i a q i uN o v e m b e r2 0 1 4万方数据湖南
3、大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完期洌垆年，月蜥学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于l、保密口，在年解密后适用
4、本授权书。2、不保密画。f 请在以上相应方框内打“”)作者签名导师签名日期：上了(|年cf 月?吕日日期：2 _ a l?年ff 月2 子日万方数据硕士学位论文摘要近年来，分布式能源站作为能源领域一个高效、便利、环保的综合性项目，由欧美发达国家逐步引入国内。随着能源成本的逐渐上升，环境保护压力逐步加大，焦化企业在近5 年经济高速发展情况下，对能源的依赖性也越来越高。本文提出了燃气内燃机分布式能源站、燃气轮机分布式能源站及蒸汽轮机分布式能源站三种可选方案供焦化企业选择。建立了一种A H P 层次分析法评价模型，通过对燃气内燃机分布式能源站、燃气轮机分布式能源站及蒸汽轮机分布式能源站进行定性分析与
5、定量分析相结合的比对分析，确定燃气轮机分布式能源站作为最优方案。本文设计了一种燃气轮机分布式能源站的系统集成方案，它将燃气轮机发电装置和余热锅炉供热装置进行了有机整合，实现了电能、热能(蒸汽)的多功能输出。利用焦化企业产生的炼焦尾气一一焦炉煤气，即能为焦化企业创造经济价值，又解决了焦炉煤气直接排放造成的环境污染问题。根据某焦化企业的基本状况，通过对所设计燃气轮机分布式能源站系统集成方案在该焦化企业的应用效果分析，验证了燃气轮机分布式能源站即能提高能源利用率也能实现能源的梯级利用。运营结果证明，燃气轮机分布式能源站是一个能源利用率高，一次性投资省，环保排放达标，运行维护便利，且经济效益与社会效益
6、优异的项目。关键词：燃气轮机；分布式能源站；焦化企业；层次分析法万方数据A b s t r a c tA sa ne f f e c t i v e，c o n v e n i e n t，e n v i r o n m e n t a l l yf r i e n d l yc o m p r e h e n s i v ep r o je c ti nt h ef i e l do fe n e r g y，t h ed i s t r i b u t e de n e r g yp l a n th a sb e e nb r o u g h ti nd o m e s t i cg r
7、 a d u a l l yf r o mt h ed e v e l o p e dc o u n t r i e si nE u r o p ea n dt h eU n i t e dS t a t e si nr e c e n ty e a r s W i t ht h eg r a d u a lr i s i n go fe n e r g yc o s ta n di n c r e a s i n gp r e s s u r eo fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n，c o k e i n ge n t e r P r
8、 i s e sd e p e n dm o r ea n dm o r eo nt h ee n e r g yu n d e rt h eh i g hs p e e de c o n o m i cd e v e l o p m e n ti nr e c e n tf i v ey e a r s T h i sa r t i c l ep r e s e n t st h r e ep r o p o s a l sf o rc o k i n ge n t e r p r i s e st oc h o o s e，w h i c ha r et h eg a se n g i n
9、 ed i s t r i b u t e de n e r g yp l a n t，t h eg a st u r b i n ed i s t r i b u t e de n e r g yp l a n ta n dt h es t e a mt u r b i n ed i s t r i b u t e de n e r g yp l a n t A n di ta l s op u t sf o r w a r dam e t h o dt Oe v a l u a t et h ea b o v ep r o p o s a l sw i t hq u a l i t a t
10、 i v ea n a l y s i sa n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s，w h i c hi sc a l i e dt h eA n a l y t i cH i e r a r c h yP r o c e s s(A H P)T h r o u g ht h ea n a l y s i s，w e 1 1f i n dt h a tt h eG a st u r b i n ed i s t r i b u t e de n e r g yp l a n ti st h eo p t i m a lc h o i c e T h
11、 i sa r t i c l ed e s i g n sam o d e lo ft h eg a st u r b i n ed i s t r i b u t e de n e r g yp l a n tt h a ti n t e g r a t e st h eg a st u r b i n ep o w e rg e n e r a t i o nd e v i c ea n dt h ew a s t eh e a tb o i l e rh e a t i n gd e v i c eo r g a n i c a l l y，w h i c hh e l p st or
12、 e a l i z et h em u l t i f u n c t i o n a lo u t p u to fe l e c t r i ce n e r g ya n dh e a t(s t e a m)M a k i n gu s eo ft h et a i lg a st h a ti sc o k eo v e ng a s(C O G)p r o d u c e db yt h ec o k em a k i n ge n t e r p r i s e s，t h i sk i n do fg a st u r b i n ed i s t r i b u t e d
13、e n e r g yp l a n tc o u l dn o to n l yh e l pt h ee n t e r p r i s e sm a k ee c o n o m i cv a l u eb u ta l s os o l v et h ep o l l u t i o np r o b l e m sc a u s e db yt h ed i r e c te m i s s i o n A c c o r d i n gt ot h eb a s i cs i t u a t i o no fo n eo ft h ec o k i n ge n t e r p r
14、 i s e sa n dt h r o u g ht h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o no ft h eg a st u r b i n ed i s t r i b u t e de n e r g yp l a n ts c h e m e，w ep r o v e dt h a tt h i ss c h e m ec o u l dh e l pt or e a l i z eb o t ht h ei m p r o v e m e n to fe n e r g yu t i l i z a t i o ne f f i c i e
15、 n c ya n dt h eg r a d i e n tu t i l i z a t i o no fe n e r g y I ti sap r o j e c tw h i c hc a nh e i g h t e ne n e r g yu t i l i z a t i o nr a t e，e c o n o m i z ed i s p o s a b l ei n v e s t m e n t，r e a c ht h es t a n d a r do fe n v i r o n m e n t a le m i s s i o n s，g i v eo p e
16、r a t i o na n dm a i n t e n a n c ea d v a n t a g e sa n do p t i m i z eb o t he c o n o m i cb e n e f i t sa n ds o c i a lb e n e f i t s。K E YW O R D：G a sT u r b i n eT h eD i s t r i b u t e dE n e r g yP l a n tT h eC o k i n gE n t e r p r i s e sA H P万方数据硕士学位论文目录学位论文原创性声明与学位论文版权使用授权书I摘要
17、I IA b s t r a e t I I I目录I V第l 章绪论11 1 研究背景11 2 焦化企业现状及主要问题11 3 分布式能源发展现状21 4 本文的主要内容41 5 本章小结5第2 章分布式能源站的形式确认62 1 分布式能源站的类型62 1 1 燃气内燃机分布式能源站72 1 2 燃气轮机分布式能源站82 1 3 蒸汽轮机分布式能源站92 2 基于A H P 评价模型确定焦化企业分布式能源站形式1 02 2 1 层次分析法(A H P)1 02 2 2 构建指标评价体系1 02 2 3 构建判断矩阵1 12 2 4 重要度计算1 42 3 本章小结1 6第3 章燃气轮机分布式
18、能源站系统集成方案设计1 73 1 燃气轮机分布式能源站设计概况1 73 2Q D R 2 0 燃气轮机分布式能源站l83 2 1Q D R 2 0 燃气轮机原理1 83 2 2Q D R 2 0 燃气轮机分布式能源站组成1 93 2 3Q D R 2 0 燃气轮机机组2 03 2 4Q D R 2 0 燃气轮机机组辅助设施3 03 2 5 燃气轮机分布式能源站配套设施3 53 2 6 电气系统3 83 2 7 控制系统4 0万方数据燃气轮机分布式能源站在焦化企业的应用研究3 3 本章小结4 2第4 章某焦化燃气轮机分布式能源站应用效果分析一4 34 1 某焦化燃气轮机分布式能源站简介4 34
19、 2 经济效益分析4 64 3 社会效益分析4 94 3 本章小结4 9第5 章结论及展望5 0参考文献5 4致谢5 4V万方数据硕士学位论文1 1 研究背景第1 章绪论焦化企业的生产工艺煤焦化又称煤炭的高温干馏。它是指以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到9 5 0 左右，经高温干馏生产焦炭及煤焦油、氨、苯等化工产品H-2 I。焦化企业分布在我国内地2 8 个省份，仅西藏、海南和北京没有焦化企业分布。焦化企业在生产主要化工产品的同时，还会产生会大量的炼焦废气焦炉煤气。废气成分中含有大量的可燃气体，如氢气、一氧化碳、甲烷等，还含有没有提纯的焦油和奈及其它杂质，直接排放会造成大气污染形成对人体有害
20、的雾霾。甲烷还是引起温室效应的主要气体之一，若将废气排放到空气中，还会将造成全球气温变暖，因此，如何利用好炼焦废气，对整个焦化行业的发展将产生重大及深远的影响。焦炉煤气作为工业废气如果直接排放，将会对环境造成严重的危害，但如果通过净化设备净化后，可以转化成一种工业燃料供分布式能源站使用，从而实现能源的阶梯性利用，使能源的利用率提高，为企业降低生产成本、提高产品市场竞争力，也响应了国家节能减排，保护环境的号召，为企业的发展铺平了道路【3。4 1。1 2 焦化企业现状及主要问题1 焦化企业现状焦化产业是为冶金产业服务的重要基础能源原材料产业，在我国经济建设、社会发展、财政税收及稳定就业方面发挥着重
21、要作用。同时，随之产生的炼焦废气焦炉煤气产量巨大，截止到2 0 13 年我国新建4 3 座焦炉、新增产能2 6 6 0 万吨。全年焦炭总产量为4 7 6 亿吨，同比增长8 1。根据我国现有水平，平均每生产1 吨焦炭会伴随产生1 8 0 m 3 的焦炉煤气，每座年产1 0 0 万吨的焦炉年产焦炉煤气量可达1 8 亿N m 年，2 0 1 3 年全年共产生焦炉煤气8 5 6 8 亿N m 3。据专家测算，我国每年白白烧掉的焦炉煤气相当于国家”西气东输”设计年输气量的2 倍多 5 1。如何为炼焦尾气寻找出路，更好的利用这部份工业废气，减少由于焦碳生产带来的环境污染问题。因此，何遵循环保、高效、可行的
22、原则拓宽焦炉煤气的利用领域已变得非常紧迫【6 J。2 焦炉煤气对大气的污染目前，焦化企业在处理炼焦尾气焦炉煤气主要是：放空点燃或直接排放，这对当地大气和环境造成严重污染。煤气中含有甲烷(C H 4)，它是一种主要温室气体。其温室效应作用比二氧化碳大几十倍。大量的焦炉煤气被燃烧或直接排入万方数据燃气轮机分布式能源站在焦化企业的应用研究到大气环境中，整个地球就会像被关进“大棚”一样，使得宇宙空间与地球的大气层之问形成了一层“隔膜”阻断了地球表面温度的散发，加重了地球表面的温室效应程度，导致全球温度持续上升，对地球生态造成慢性且不可恢复的破坏。甲烷还能破坏臭氧层，严重时会造成局部臭氧层空洞，具有与氟
23、利昂(氯氟烷烃：C C F C)类似的危害。众所周知，温室效应、臭氧层减薄、酸雨是当今世界影响大气的三大问题。我国科学家认为温室效应将会造成严重的后果是：若大气温度平均升高2 4，局部地表水的蒸发量将可能增加2 0 左右。到那时，许多地区变干，严重时会引发旱灾。而另外相对的某些地区将会形成暴雨，造成山体滑坡、泥石流等地质灾害。尤其是在我国西部缺水地区，一旦水分的蒸发量增大到一定程度，还会造成碱蚀危害，这将意味着1 4 亿亩耕地受到威胁，并出现草原退化、土地风蚀、沙漠蔓延等现象。一旦局部地区的发生C H 4 和二氧化碳等温室气体出现聚集情况，杂草等植物在光合作用出现养料过剩，它的生长速度比起一般
24、的粮食与经济作物来说会生长更加迅速。另外，如果地球表面温度持续“高烧不退”，高山积雪与冰川融化的速度将会加快，当海平面抬升的高度到达8 0 m m 后，我国在东南沿海的地区的将至少损失一半优良低地良田。纵观全球，在欧洲、大洋洲、美洲大陆的沿海地区即使人口最稠密的地区，也是工、农业生产和交通运输服务最发达的地区，温室效应将对当地的人类生存及经济发展造成危害首当其冲的危害。地球表面的臭氧层被誉为地球生命的保护神。脆弱的臭氧层一旦遭到破坏，这将会影响人类的健康，加速传染病的传播、人体免疫功能下降，肺病、眼疾病发病率上升；严重时将会影响陆地、海洋生物生长，可使部分生物绝种；还会加重空气污染程度，使对流
25、层空气质量下降，促使地表面空气污染物聚集，改变区域气候。3 根治焦炉煤气的污染问题的措施由于焦炉煤气中含有甲烷(C H 4)、氢气(H 2)、一氧化碳(C O)，它的热能很高，是一种很好的工业燃料。因此，拓展焦炉煤气的应用领域已变得非常紧迫。综合焦化企业的各方面因素考虑，利用焦炉煤气作为燃料建设一座对焦炉煤气充分综合利用的分布式能源站，既解决了焦炉煤气直接排放造成环境污染，又可以充分利用能源，满足企业自身生产的用电与供热需求，降低成本，还能向电网输送电能，为企业创造经济效益。使放散的焦炉煤气变害为利，既利用了能源，又可产生良好的社会与经济效益同时又保护了环境，可以说一举三得【7J。1 3 分布
26、式能源发展现状1 分布式能源分布式能源是指分布在用户端的能源综合利用系统。它主要利用一次能源中的气体燃料，结合再生能源为补充，充分利用一切可以利用的能量资源：将其转换为分布在用户端可供业主单位直接使用的热、电、冷联产的二次能源，实现以万方数据硕士学位论文直接满足用户多种多样能源梯级利用的需求。在环境保护上，将部分污染分散化、资源化，实现适度排放的目标。分布式能源作为分布在用户侧的能源梯级利用和可再生能源及资源综合利用系统，因其灵活的变负荷、较低的初始投资、供电的高可靠性、很小的输电损失和适合可再生能源等特点，得到了世界各国的广泛认可和推广。目前国际上分布式能源系统利用的燃料大多数为天然气(也有
27、其它燃料如焦炉煤气、燃油、生物质气等)，它先利用燃料发电，将发电后的余热用于供热制冷，再将更低温度的废热加热生活热水，使燃料的综合利用率达到了8 5 以上1 8 j。分布式能源的优势体现在于它分布在能源需求侧。合理的实现了资源综合利用、能源梯级利用。根据终端用户对能源的类型与品质需求的差异，实现能源供应与需求直接对接，将能源在传输与转换过程的损耗降低至最低程度，最大化的做到能源利用高效与便捷。能源系统的容量和使用方式确定了分布式能源是以资源、环境效益最大化为基础。通过对用户能源负荷状况进行系统整合与优化配置，满足用户对多种类型能源的需求，进行相对应的模块化设计。先进的能源装备是分布式能源的基础
28、，温室气体的排放降低了、分散了，更便于被周围的植物分解与吸收。同时，分布式能源站利用其排放量小，排放密度低的优势，可以将主要排放物实现资源化再利用，例如：排放气体肥料化。2 分布式能源的发展状况从1 9 7 8 年，美国开始推广分布式能源的概念，在它的公共事业部分发布相应的管理政策法后，其他西方发达国家也开始逐步接受分布式能源的概念。分布式能源系统通常以冷、热、电联产为基础，它是位于或临近能源的需求中心，它的能源生产与供应不进行远距离的输送和大批量的生产。国际能源机构(I E A)正在进行一个包括3 3 个国家在内的国际性能源技术研发合作计划，进行能源生产、能源消费领域的技术发展与改进，当前已
29、有4 0 个研究项目在进行，其中已经包括分布式能源。I E E E 经过评估，2 0 1 4 年分布式能源发电占新增发电容量的3 0。美国：进入2 1 世纪，美国已有6 0 0 0 座分布式能源站。近2 0 年，政府始终把推广“分布式能源冷、热、电联供系统”作为国家的长期发展目标，电网公司在收购热、电、冷联产系统的电力产品时，打破以固定合同形式按电量长期收购电价的形式，提供更为便捷的审批流程与减免税费的优惠政策。到2 0 1 0 年，采用分布式能源作为能源供应系统的商用建筑已经占新建商用建筑的2 0。预计到2 0 2 0年，这个数字将会被抬升至5 0。有报道称，美国能源部在2 0 1 0 年开
30、始削减4 6 0亿了美元国家电力投资，采取的办法是加快发展分布式能源。计划使用分布式冷、热、电三联供能源供应系统取代传统能源供应系统。欧盟：欧盟在分布式能源上的动作不亚于美国。资料统计，到2 0 世纪结束，欧盟就已经建设了1 万多台分布式能源系统，其中电力供应达总需求量的1 3。截止到2 0 13 年末，分布式能源的数量又增张了近1 倍多，电力供应占总需求的万方数据燃气轮机分布式能源站在焦化企业的应用研究比例上升至1 8。在丹麦，政府对1 M W 以上燃煤或燃油锅炉进行分布式能源替换性升级改造的企业，按项目投资额的3 0 发放补贴。剩余部分提供贴息贷款；从环境资源与保护所得税中拿出一定的比例，
31、奖励完成改造的企业；对以天然气为燃料的分布式能源生产企业实行优惠天然气价格。英国：部分税收减免(气候变化税、商务税等)，达到政府认可的高品质分布式能源项目，可申请节能技术奖励。法国：对达到要求的分布式能源用户，按投资额的15 提供政策性补贴。荷兰：成立了专业从业分布式能源的促进机构；对分布式能源供应的电量优先上网使用。同本：日本大多数采用小型分布式能源系统，截止到2 0 世纪，已建成平均容量为5 0 0 k W 分布式能源系统1 4 0 0 多个。政府非常重视节能方面的工作，基于天然气的分布式能源系统研究程度高、应用领域广泛、发展速度迅猛。政府部门从立法、补贴、示范工程、融资手段等角度来促进分
32、布式能源事业的发展。中国：在过去2 0 多年的经济快速发展中，以煤为主的能源结构造成的环境污染和生态问题已对我国的可持续发展造成了巨大的压力。我国政府近些年来都已开始考虑对能源战略进行调整，采取天然气应用推广技术，提高能源利用率来积极发展分布式能源系统。同时，利用分布式能源将大量的炼厂尾气、煤层瓦斯气、焦化煤气、黄磷尾气、生物制沼气等其他可燃性废弃气体加以利用。并相继出台了多项关于促进分布式能源在我国发展的法律、法规文件p J。1 4 本文的主要内容本文主要研究焦化企业选用合适的分布式能源站解决企业排放的炼焦尾气的问题。在分布式能源站的设计上，遵循“稳定可靠、技术先进、降低能耗、节约投资”的原
33、则J，认真研究能源站建设的基础条件，提出切实可行的分布式能源站选择方案并进行方案设计，并对燃气轮机分布式能源站在焦化企业的应用效果进行分析。同时，体现国家宏观经济政策和可持续发展的要求，坚持“可观、公正、科学、可靠的原则”，真实、全面的评价分布式能源站的有利和不利因素，提出可供焦化企业决策的科学依据。本文主要研究内容如下：(1)对我国焦化企业的现状进行研究，分析焦化企业存在的主要问题炼焦尾气直接排放造成的环境问题。(2)分析焦炉煤气所产生的环境问题，结合分布式能源站的类型，制定适合焦化企业的分布式能源站方案。(3)建立A H P 层次比较模型，对燃气内燃机分布式能源站、燃气轮机分布式能源站、蒸
34、汽轮机分布式能源站三种方案进行两两对比计算，并确定最适合于焦化企业的分布式能源站实施方案。(4)进行燃气轮机分布式能源站的设计，为焦炉煤气的利用寻求出路，为焦化企业能全面落实国家“节能环保，循环经济”的产业政策提供科学依据。4万方数据硕士学位论文(5)对设计燃气轮机分布式能源站进行综合评判，分析分布式能源站的运行状况，为炼焦废气的利用寻求出来，为焦化企业能全面落实国家“节能环保，循环经济”的产业政策提供科学依据。1 5 本章小结本章对焦化企业的背景情况进行了介绍，分析了我国焦化企业的现状。详解介绍了目前焦化企业在处理炼焦尾气焦炉煤气采用放空点燃或直接排放的问题。从根治焦炉煤气的污染问题出发，论
35、述了分布式能源的发展状况。根据焦化企业直接排放焦炉煤气造成的环境污染问题，确定本文的主要研究内容。万方数据燃气轮机分布式能源站在焦化企业的应用研究第2 章分布式能源站的形式确认2 1 分布式能源站的类型焦化企业在选择分布式能源站的应用类型时，可根据企业自身能源系统对热、电、冷二次能源的需求规模、焦炉煤气的供应能力、热、电、冷负荷的调节、变化情况等情况，对一次能源利用率进行比较l l2 I。认真分析分布式能源站所供应的能源系统范围内冷、热负荷类型、使用特点，合理利用余热，在做好各种运行状态和时段下的热、电、冷平衡。并确定是否需要利用烟气中的氧含量采取补燃措施，补充部分不足热量或冷量，增加系统调节
36、能力。最终，通过技术、经济方案的详细对比，确定适宜的分布式能源站类型 1 3-1 4J。分布式能源站从装置类型可分为，燃气内燃机分布式能源站、燃气轮机分布式能源站、蒸汽轮机分布式能源站三种类型【1 5 J6 1，特点如表2 1。表2 1 分布式能源站对比表焦化企业可应根据全年冷、热、电负荷和典型日冷、热、电负荷及其变化情6万方数据硕士学位论文况，在认真进行技术、经济评估后，根据高效、节能、经济、实用的原则，确定选用哪一种分布式能源站 1 7-1 8】。2 1 1 燃气内燃机分布式能源站燃气内燃机分布式能源站的核心设备是燃气内燃机，它的工作原理基本与汽车发动机无异，焦炉煤气进入燃气内燃机的气缸内
37、，由火花塞点火，焦炉煤气膨胀推动曲轴旋转对外做功。此时，燃气内燃机气缸内的核心区域工作温度可以达到1 4 0 0。C，发电效率可达到2 5 一4 0。它的工作流程如图2 1 所示。图2 1燃气内燃机分布式能源站流程图目前，国内可供焦化企业选择燃气内燃机分布式能源站设备(如图2 1)，单机功率主要集中在5 0 0 K W 15 0 0 K W，国外设备可达到3 0 0 0 K W。它的优点是：设备集成度高，安装快捷，操作简单；对焦炉煤气与空气的质量要求相对不高；并且不需要大量的冷却循环水系统。由于燃气内燃机在焦化企业使用时，由于焦炉煤气的热值不稳定，成分复杂，且焦炉煤气存在的大量氢气在压缩过程中
38、容易爆燃，使得实际使用条件与理论设计值有较大范围的偏差。燃气内燃机分布式能源站的不足之处在于：综合热效率低，无法产生大量的高品质蒸汽。单机容量小，机组数量多，无法全负载运行。机组运行、维护工作量大，气缸、进排气阀、火花塞更换频繁。图2 2 燃气内燃机分布式能源站设备图万方数据燃气轮机分布式能源站在焦化企业的应用研究2 1 2 燃气轮机分布式能源站燃气轮机分布式能源站的核心设备是燃气轮机。它是从飞机喷气式涡轮发动机的技术演变而来的，它通过轴流压气机将空气增压，高压空气在燃烧室与焦炉煤气混合燃烧，燃烧后的焦炉煤气急速膨胀推动动力涡轮旋转做功驱动发电机做功【1 9-2 1 1。工作流程如图2 3 所
39、示。图2 3燃气轮机分布式能源站流程图燃气轮机分布式能源站(如图2 4)由于自身特点，非常适用于氢含量高、热值低且气体成分复杂的低品位燃料，它的发电效率一般在2 0 4 0 之间，但尾部产生大量的高温烟气，可以通过余热锅炉再次回收热能，形成燃气轮机一蒸汽轮机联合循环发电，发电效率可以达到4 5 5 0，一些大型机组甚至可以超过5 5。如果直接外功蒸汽或热水，分布式能源站的综合热效率可达到7 5 一9 0。图2 4 燃气轮机分布式式能源站燃气轮机分布式能源站的优势相对较多，包括：结构简单、启动迅速、运行稳定、故障率低、占地面积少、自动化程度与可靠性高、投资省、建设周期短、回报快。它的不足之处在于
40、，设备大修不能在现场进行，进气压力要求高，需增万方数据硕士学位论文设焦炉煤气增压装置。2 1 3 蒸汽轮机分布式能源站蒸汽轮机分布式能源站采用的是传统技术且大家熟悉的工艺路线(如：图2 5所示)。它是采用锅炉来直接燃烧焦化煤气，将焦炉煤气中的的热能通过锅炉内的翅片管把水转换为蒸汽，利用蒸汽推动蒸汽轮机再驱动发电机做功。系统的主要设备是燃气燃烧器、锅炉本体、化学水系统、给水系统、蒸汽轮机、冷凝器、冷却塔、发动机、变压器和控制系统，工艺流程比较复杂。图2 5蒸汽轮机分布式能源站流程图蒸汽轮机分布式能源站(如图2 6 所示)是我国焦化煤气利用的传统形式，它对燃料气体要求非常低，只要锅炉燃烧器能够承受
41、的气体，都可以使用，焦炉煤气也只需要有限的压力，无需二次加压。国内已经拥有成熟的运行、维修、管理经验。它的不足之处在于，工艺复杂，设备笨重，建设周期长。占地面积大，投资较大，水消耗量巨大。机组启、停缓慢，低负荷运行对机组效率影响大。图2 6 蒸汽轮机分布式式能源站9万方数据燃气轮机分布式能源站在焦化企业的应用研究2 2 基于A H P 评价模型确定焦化企业分布式能源站形式2 2 1 层次分析法(A H P)层次分析法(A n a l y t i cH i e r a r c h yP r o c e s s，简称A H P)是美国运筹学家、匹兹堡大学T L S a a t y 教授在2 0 世
42、纪7 0 年代初期提出的，它能把问题定性后，开展定量的分析，是一种应对多准则变量，且灵活、便捷、实用的决策方法(2 2 1。它能把复杂的问题简单化，简单的问题序层次、条理化，根据客观现实与主观判断的结果把专家意见和分析者的客观判断结果相结合，将其量化。而后，利用数学方法将重要性给予权值，通过层次的排序加以计算，最终得到所有因素的权重并排序。层次分析法是把复杂问题按类型分解成若干个组成因素，然后又将这些组成因素按支配关系分组成递阶层次结构。通过两两之间的对比确定各个因素相对重要性，然后综合决策者的判断，确定决策方案相对重要性的总排序。运用A H P 层次分析法进行系统分析、设计、决策以确定选取方
43、案时，可分为以下4 个步骤进行：1 以解决存在的问题的为目，建立递阶层次结构模型；将所涉及的各种因素按他们存在的关系进行系统的分析。2 以建立判断矩阵进行两两比较的目的，按关于高一层中的某准则，对处于同一各层次里的所有元素进行重要性的相互比较。3 计算判断矩阵里的元素与上一层之间的重要度。4 针对待解决的问题，计算出各个方案总体的重要度，按重要度进行排序 2 3-2 4】。2 2 2 构建指标评价体系分布式能源站已经在国外高能耗企!I k 得到了广泛的应用。作为一个相对独立、可自给自足的能源供应系统，它可以与大电网协作，作为大电网的补充，帮助企业解决电网的安全性的问题，消减用电峰值与峰谷的影响
44、。为企业区域内提供供热与供冷的需求，实现供能源的阶梯利用，利用焦炉煤气资源，减少对大气污染的有害气体排放。因此，建构科学、适宜的分布式能源站指标评价体系能有效的解决经济、环境、能源危机之间的矛盾，实现焦化企业的可持续发展【2 5 26 1。本文根据构建A H P 指标评价体系的方法，采用递阶结构形式，为焦化企业选择经济、环保、高效的分布式能源站构建一个标准模型【29 1。使在焦化企业出现的复杂问题将被逐步转化成简单的各个单元，这些分解后的单元，我们将其单个个体称之为元素，根据元素的不同类型，按相应的层次进行区分。相应的元素处于在同一层次里，它既可以根据特定的的方法对下一层施加影响，也会按其他特
45、定的方法被上一次所影响。本文将采用三种类型的层次建立标准模型：1 最高层：这是处理复杂问题的最佳答案，在最高层中只包含唯一的元素。2 中间层：这一层可以是一层，也可以包含多个子层。它是为实现最高层目标而制定的相应指标。它又与实现这些方法的方案相连。3，最低层：这一层次作为实现最高层目的的行动指南，由于中问层的各个指标进行控制。根据焦化企业分布式能源站的特点，将递阶结构模型可分为以下三个层次：决策层(最高层)：建设经济、高效、环保的分布式能源站(解决问题的目的)；l O万方数据硕士学位论文准则层(中间层)：为实现确定分布式能源站站选择方案的总体目标，根据焦化企业的实际情况，选取能源利用率、一次性
46、投资、氮氧化物排放、运营维护四个指标作为评价准则。方案层(最低层)：根据分布式能源站的特点，选取燃气内燃机分布式能源站、燃气轮机分布式能源站、蒸汽轮机分布式能源站三种实施方案，供焦化企业选择 28 1。焦化企业分布式能源站采用的递阶结构模型如图2 7。建设经济环保高效分布式能源站D一l 能源利用率B 1一次性投资B 2氮氧化物排放B 3运营维护燃气内燃机分燃气轮机分布蒸汽轮机分布布式能源站C 1式能源站C 2式能源站C 3图2 7 分布式能源站递阶结构模型2 2 3 构建判断矩阵在建立焦化企业分布式能源站递阶层次结构时，首先建立代表重要性的标度，再比较第i 个元素与第j 个元素相对上一层某个因
47、素的重要性，并使用数量化的相对权重a i 来描述。以上一层元素为准则，向下对所支配的下一层元素u l，u 2，u n 确定权重 2 9-3 0 。1 标度的定义焦化企业分布式能源站在建立递阶层次结构时，含有多个判断因素，属于如果问题复杂，u 1，u 2，u n 对于上一次元素的重要性无法直接定量判定，只能进行定性判定，确定两两之间的权重值】。通常按1 7 比例标度对重要性程度赋值，如图2 8 所示。万方数据燃气轮机分布式能源站在焦化企业的应用研究因素U i 比因素U j图2 8 标度赋值2 基于最高层(决策层)对中间层(准则层)的判断矩阵为建设经济环保高效分布式能源站D 选择方案，先以最高层(
48、决策层)为依据，对中间层(准则层)建立判断矩阵(如表：2 2)。根据焦化企业的实际情况确认得出，能源利用率B 1 比一次性投资B 2 为稍重要(记为：3)：能源利用率B 1 比氮氧化物排放B 3 为重要(记为：5)；能源利用率B l 比运营维护B 4 为极重要(记为：7)；一次性投资B 2 比氮氧化物排放B 3 为稍重要(记为：3)；一次性投资B 2 比运营维护B 4 为重要(记为：5)；氮氧化物排放B 3 比运营维护B 4 为重要(记为：5)。表2 2 最高层确定方案D 对中间层的判断矩阵3 基于中问层(准则层)对最低层(方案层)对的判断矩阵A 以能源利用率B 1 为依据，对最低层(方案层)
49、建立判断矩阵(如表2 3)。9，00佃佰门佃分分分分分分分分分计计计计计计计计汁万方数据硕士学位论文燃气内燃机分布式能源站C 1 比燃气轮机分布式能源站C 2 为稍次要(记为：1 3)；燃气内燃机分布式能源站C 1 比蒸汽轮机分布式能源站C 3 为重要(记为：5)；燃气轮机分布式能源站C 2 比蒸汽轮机分布式能源站C 3 为重要(记为：7)表2 3 中间层能源利用率B l 对最低层的判断矩阵B 以一次性投资B 2 为依据，对最低层(方案层)建立判断矩阵(如表2 4)燃气内燃机分布式能源站C 1 比燃气轮机分布式能源站C 2 为重要(记为：5)：燃气内燃机分布式能源站c l 比蒸汽轮机分布式能源
50、站C 3 为稍重要(记为：3)：燃气轮机分布式能源站C 2 比蒸汽轮机分布式能源站C 3 为稍重要(记为：3)。表2 4 中间层一次性投资B 1 对最低层的判断矩阵c 以氮氧化物排放B 3 为依据，对最低层(方案层)建立判断矩阵(如表2 5)，燃气内燃机分布式能源站C 1 比燃气轮机分布式能源站C 2 为稍次要(记为：1 3)；燃气内燃机分布式能源站C l 比蒸汽轮机分布式能源站C 3 为重要(记为：5)：燃气轮机分布式能源站C 2 比蒸汽轮机分布式能源站C 3 为很重要(记为：7)表2 5 中间层氮氧化物排放B 3 对最低层的判断矩阵D 以运营维护B 4 为依据，对最低层(方案层)建立判断矩