燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能研究

安志偉

（港能投資（上海）有限公司，上海200101）

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和環(huán)保需求的增加，天然氣等清潔能源的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有綜合熱效率高的特點(diǎn)，因此也逐漸應(yīng)用到供電系統(tǒng)中。該系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能夠有效地利用清潔能源，還能夠形成燃?xì)饧竟?jié)性峰谷和電力負(fù)荷峰谷的互補(bǔ)，緩解用電緊張的局面[2]。因此，優(yōu)化燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行，提高節(jié)能效率對(duì)于提高資源利用率具有重要意義。

1 燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)

電廠鍋爐通過(guò)蒸汽來(lái)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，蒸汽排出汽輪機(jī)以后仍然存在大量余熱，這部分熱量被排放到大氣中而無(wú)法有效利用[3]，因此，火電廠的熱效率通常不足45%。通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可以有效利用這部分余熱進(jìn)行發(fā)電或供熱，該系統(tǒng)可同時(shí)生產(chǎn)電能和熱能，使能源利用率提高到80%以上。燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種利用燃?xì)鉄徨仩t和供熱汽輪機(jī)的熱電聯(lián)產(chǎn)供應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅具有節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，還可以對(duì)能量進(jìn)行梯級(jí)利用，提高資源利用率[4]。因此，該系統(tǒng)具有提高供熱質(zhì)量、增加電力供應(yīng)、節(jié)約能源、改善環(huán)境等特點(diǎn)。

2 節(jié)能分析

燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)包括以下幾部分：用戶、汽輪發(fā)電機(jī)組、鍋爐、輸送環(huán)節(jié)。該系統(tǒng)包括聯(lián)產(chǎn)供能和單獨(dú)供電兩種運(yùn)行方式[5]，聯(lián)產(chǎn)供能包括熱電聯(lián)產(chǎn)、冷電聯(lián)產(chǎn)和冷熱電聯(lián)產(chǎn)，單獨(dú)供電和常規(guī)發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式相同。本文重點(diǎn)分析這三種聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行方式的能源利用特性及其對(duì)節(jié)能效果的影響作用。

2.1 熱電聯(lián)產(chǎn)

燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)在熱電聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行模式下，如果輸入為零，則系統(tǒng)只能提供電能和熱量，不能輸出冷量。根據(jù)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能率和原動(dòng)機(jī)發(fā)電效率間的關(guān)系，原動(dòng)機(jī)發(fā)電效率越高，則聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能率越高。隨著聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)總效率的持續(xù)增加，節(jié)能率增加尤為明顯，因此，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能效果受原動(dòng)機(jī)效率和余熱回收影響較大[6]。在無(wú)補(bǔ)燃條件下，增加分產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)電效率，能夠較大地增加熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)邊界發(fā)電效率。例如，假如聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)總效率為80%，如果燃?xì)怆姀S供電效率為30%，原動(dòng)機(jī)發(fā)電效率為2.8%，則聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)能夠取得良好的節(jié)能效果；如果燃?xì)怆姀S供電效率提高到40%，聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)效率達(dá)到5.6%，即可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。目前我國(guó)大部分燃?xì)廨啓C(jī)的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電效率都大于這一數(shù)值，因此，即使在無(wú)補(bǔ)燃條件下，只要系統(tǒng)總效率較高，熱電聯(lián)產(chǎn)即能夠節(jié)能。

補(bǔ)燃能夠?qū)β?lián)產(chǎn)系統(tǒng)能量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，補(bǔ)燃率的提高可使熱電聯(lián)產(chǎn)最小發(fā)電效率提高，因此補(bǔ)燃對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能有著至關(guān)重要的影響。根據(jù)原動(dòng)機(jī)發(fā)電效率理論，在一定程度上，增加補(bǔ)燃率能夠滿足熱量需求；但如果超出最大補(bǔ)燃率，則會(huì)對(duì)系統(tǒng)的節(jié)能造成不利影響。因此在設(shè)計(jì)運(yùn)行燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)，確定最大補(bǔ)燃率進(jìn)行補(bǔ)燃，能夠有效獲得良好的節(jié)能效果。

2.2 冷電聯(lián)產(chǎn)

燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)在冷電聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行模式下不能供熱，只輸出電能和冷量[7]。根據(jù)原動(dòng)機(jī)發(fā)電效率和節(jié)能率的關(guān)系，吸收式單效制冷機(jī)組性能系數(shù)為0.6，雙效制冷機(jī)組性能系數(shù)為1.2，節(jié)能率隨原動(dòng)機(jī)發(fā)電效率增加而增加，但增加幅度則逐漸減小。無(wú)補(bǔ)燃條件下，冷電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能效果與制冷方式和原動(dòng)機(jī)發(fā)電效率有關(guān)。然而基于聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的總效率，采用雙效吸收式制冷的方式提高節(jié)能效率效果不佳。在補(bǔ)燃條件下，提高補(bǔ)燃率可使冷電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)邊界發(fā)電效率隨之提高。對(duì)于需冷量較大的場(chǎng)所，要使冷電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)取得較好的節(jié)能效果，可采用其他制冷和余熱制冷相結(jié)合的方式，不僅可以保證供冷量，還能取得較好的節(jié)能效果。

2.3 冷熱電聯(lián)產(chǎn)

與冷電聯(lián)產(chǎn)和熱電聯(lián)產(chǎn)不同，除了可以輸出電量，冷熱電聯(lián)產(chǎn)還能夠輸出冷量和熱量。因此與冷電聯(lián)產(chǎn)和熱電聯(lián)產(chǎn)相比，冷熱電聯(lián)產(chǎn)較為復(fù)雜[8]。首先，假定吸收式雙效制冷方式進(jìn)行制冷用于供熱和供冷熱量的余熱比比值為2.5，制冷系統(tǒng)為1.2。根據(jù)無(wú)補(bǔ)燃條件下原動(dòng)機(jī)發(fā)電效率和節(jié)能率之間的關(guān)系，聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能率隨著原動(dòng)機(jī)發(fā)電效率的增加而增加，但增加幅度逐漸減小。在補(bǔ)燃條件下，補(bǔ)燃率增加使得原動(dòng)機(jī)邊界發(fā)電效率增加，冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能邊界發(fā)電效率也隨之增加。假設(shè)冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)總效率為80%，當(dāng)補(bǔ)燃率為0.5時(shí)，原動(dòng)機(jī)發(fā)電效率為28%就能夠獲得較好的節(jié)能效果；當(dāng)補(bǔ)燃率達(dá)到1.4時(shí)，原動(dòng)機(jī)發(fā)電效率要達(dá)到40%時(shí)才可以取得同樣的效果。因此，冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相比，補(bǔ)燃率對(duì)其節(jié)能效果影響較大且其節(jié)能條件更加苛刻。在補(bǔ)燃率為0時(shí)，余熱利用方式對(duì)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能率具有較大影響，系統(tǒng)的節(jié)能率隨著吸收制冷的余熱熱量的增加而降低。同分產(chǎn)電制冷方式相比，余熱吸收式制冷一次性消耗的燃料更多，如果制冷系統(tǒng)余熱利用較多，而聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)總效率較低，在運(yùn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮其節(jié)能設(shè)置。

3 結(jié)語(yǔ)

本文在對(duì)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中聯(lián)產(chǎn)運(yùn)行的三種運(yùn)行方式進(jìn)行了節(jié)能分析。由此得知，三種聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能率均受補(bǔ)燃率的影響，即隨著補(bǔ)燃率的升高而減小。在保障聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能的基礎(chǔ)上，補(bǔ)燃率從小到大依次為冷電聯(lián)產(chǎn)、冷熱電聯(lián)產(chǎn)和熱電聯(lián)產(chǎn)。此外，冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)節(jié)能率隨著制冷余熱量的增加而減小，因此，設(shè)計(jì)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)對(duì)余熱量進(jìn)行合理分配，有效調(diào)節(jié)補(bǔ)燃量。

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