發(fā)布時(shí)間：2020-03-30所屬分類：電工職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要文章介紹熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)備組成及其設(shè)計(jì)注意事項(xiàng);介紹以燃?xì)廨啓C(jī)為發(fā)電機(jī)組的熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)案例。在熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中配置溴化鋰吸收式制冷機(jī)，可充分發(fā)揮其利用低品位能源的優(yōu)勢(shì);設(shè)計(jì)熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)前，應(yīng)進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)性分析，合理確定設(shè)備配置方
摘要文章介紹熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)備組成及其設(shè)計(jì)注意事項(xiàng);介紹以燃?xì)廨啓C(jī)為發(fā)電機(jī)組的熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)案例。在熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中配置溴化鋰吸收式制冷機(jī)，可充分發(fā)揮其利用低品位能源的優(yōu)勢(shì);設(shè)計(jì)熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)前，應(yīng)進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)性分析，合理確定設(shè)備配置方案和配置容量;以燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和煙氣型溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組為主要設(shè)備組成的熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)，煙氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝連接是關(guān)鍵。文章可為燃?xì)廨啓C(jī)熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建造提供技術(shù)參考。
關(guān)鍵詞海上固定平臺(tái);熱電冷聯(lián)供系統(tǒng);分布式能源
0引言
分布式能源系統(tǒng)在許多國(guó)家、地區(qū)已經(jīng)是一種成熟的能源綜合利用技術(shù)，它以靠近用戶、梯級(jí)利用、一次能源利用效率高、環(huán)境友好、能源供應(yīng)安全可靠等特點(diǎn)，受到各國(guó)政府、企業(yè)界的廣泛關(guān)注和青睞。分布式能源系統(tǒng)有多種形式，區(qū)域性或建筑群或獨(dú)立的大中型建筑的熱電冷聯(lián)供(CCHP：combinedcooling，heatingandpower)是其中一種十分重要的方式。
CCHP系統(tǒng)是以燃料為能源，同時(shí)滿足小型區(qū)域或建筑物內(nèi)的供暖、供冷及供電需求的分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)。CCHP在1978年由美國(guó)公共事業(yè)管理政策法公布后在美國(guó)得到了正式的推廣，并且逐漸被其他國(guó)家所接受，國(guó)外一些國(guó)家從上個(gè)世紀(jì)9o年代開始就已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展和應(yīng)用階段。經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)能源供給提出了更高要求，為保障國(guó)家能源需求，中國(guó)海洋石油總公司提出了“十二五”期間實(shí)現(xiàn)5000萬t油當(dāng)量的宏偉目標(biāo)，其中渤海區(qū)域承擔(dān)了6O的任務(wù)目標(biāo)。因此如何在確保完成任務(wù)目標(biāo)的前提下實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的低碳發(fā)展模式，特別是在對(duì)空間和承重都有嚴(yán)格要求的海上平臺(tái)完成上述目標(biāo)，成為中海油能源發(fā)展股份有限公司面臨的新課題。
相關(guān)期刊推薦：《油氣田環(huán)境保護(hù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于1991年，由中國(guó)石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院、中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司安全環(huán)保部、中國(guó)石油天然氣股份有限公司安全環(huán)保部主辦。重點(diǎn)報(bào)道油氣田污染現(xiàn)狀、治理技術(shù)、管理辦法、試驗(yàn)研究、監(jiān)測(cè)手段等方面的新成果、新技術(shù)、先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，以及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及發(fā)展動(dòng)態(tài)，是石油企業(yè)唯一一份環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)性期刊，是中國(guó)石油對(duì)內(nèi)對(duì)外進(jìn)行宣傳、技術(shù)交流的重要窗口，以及中國(guó)石油、中國(guó)石化、中國(guó)海洋石油廣大環(huán)保工作者互相學(xué)習(xí)、互通信息的橋梁和紐帶。
節(jié)能、削峰填谷、安全、環(huán)保和平衡能源消費(fèi)是CCHP系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)。CCHP系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)能源的梯級(jí)利用，高品位能源用于發(fā)電，利用發(fā)電機(jī)組排放的低品位能源(煙氣余熱、熱水余熱)來進(jìn)行供暖或者制冷，能源綜合利用率高達(dá)80以上，其中最高可達(dá)到90以上{，對(duì)節(jié)約能源和促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有重要意義。目前生活樓是海上固定平臺(tái)的一個(gè)重要用電點(diǎn)，夏季的空調(diào)制冷以及冬季的電取暖，都給平臺(tái)電網(wǎng)造成壓力。如果平臺(tái)電網(wǎng)有任何故障，生活樓就要全部停電，給人員生活帶來影響。如果將CCHP直接安裝在生活樓附近與平臺(tái)電網(wǎng)配合，可提高供電的可靠性。從能源安全的角度上來說，在平臺(tái)上推廣CCHP系統(tǒng)還具有重要意義。CCHP系統(tǒng)以天然氣作為能源，對(duì)環(huán)境污染小。此外，CCHP系統(tǒng)的一次能源利用率高，輸送能耗低或無輸送能耗，使得在產(chǎn)生相同終端能量的情況下所消耗的能源比從平臺(tái)大電網(wǎng)的消耗要少，相應(yīng)降低了污染物和溫室氣體的排放量。
隨著海洋石油經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗快速上升，加快CCHP技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高能源利用率，節(jié)約能源，是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的有效措施之一。
1熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中的主要設(shè)備
從實(shí)現(xiàn)同時(shí)供熱(冷)和供電需求的功能來說，熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中的主要設(shè)備有發(fā)電機(jī)組、制冷機(jī)組和供熱機(jī)組。其中，制冷機(jī)組多采用溴化鋰吸收式制冷機(jī)。因能量轉(zhuǎn)換和余熱利用方式的不同，有的系統(tǒng)中還需要在發(fā)電機(jī)組和溴化鋰吸收式制冷機(jī)之間配置余熱鍋爐，將發(fā)電機(jī)組排放的高溫?zé)煔鉄崃哭D(zhuǎn)換成蒸汽熱量或者熱水熱量。實(shí)際應(yīng)用中，受負(fù)荷(空調(diào)負(fù)荷和電負(fù)荷)大小、負(fù)荷比例、負(fù)荷變化模式、運(yùn)行控制目標(biāo)、設(shè)備投資回收期等因素的影響，系統(tǒng)中還需要同時(shí)或分別配置直燃型溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組等負(fù)荷調(diào)節(jié)設(shè)備，才能使系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)性能達(dá)到最佳。
1.1發(fā)電機(jī)組
用于熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組有燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組(包括微燃機(jī))、燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)(即燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī))發(fā)電機(jī)組、外燃機(jī)發(fā)電機(jī)組和燃料電池。在燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組早已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，因而在實(shí)際工程中已得到廣泛應(yīng)用;外燃機(jī)發(fā)電機(jī)組和燃料電池由于單機(jī)發(fā)電功率較小、價(jià)格過高及尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等方面的原因，目前多用于實(shí)驗(yàn)研究系統(tǒng)，實(shí)際工程中應(yīng)用很少。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組雖然都是燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，但兩者在價(jià)格、發(fā)電質(zhì)量、發(fā)電效率、噪聲等級(jí)、余熱排放參數(shù)等方面都相差較大。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的設(shè)備費(fèi)用高于燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組3O以上，發(fā)電效率28～34(無熱回收裝置的微燃機(jī)僅有17)，發(fā)電質(zhì)量(指輸出電壓和頻率的穩(wěn)定性)較高，排煙溫度一般高于450。C(帶熱回收裝置的微燃機(jī)除外)，便于進(jìn)行余熱回收利用。內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率較高，排放的余熱包括煙氣余熱和缸套水余熱，缸套水溫度一般低于100。C，品味較低，余熱利用系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜。在一個(gè)特定的系統(tǒng)中涉及選用何種發(fā)電機(jī)組更合適，需要根據(jù)系統(tǒng)中的冷(熱)電負(fù)荷、負(fù)荷比例及其變化情況、供電質(zhì)量要求、當(dāng)?shù)氐臍鈨r(jià)和電價(jià)等，對(duì)設(shè)備投資費(fèi)用、基建費(fèi)用進(jìn)行綜合比較，才能做出合理選擇。原則上，若系統(tǒng)中的熱(冷)負(fù)荷較大，電負(fù)荷較小，宜選用燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，否則應(yīng)選用內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組。
1.2澳化鋰吸收式制冷機(jī)
溴化鋰吸收式制冷機(jī)以熱能驅(qū)動(dòng)運(yùn)行，其優(yōu)勢(shì)在于利用低品位熱能。在各種形式的熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中，都至少具有蒸汽、熱水和高溫?zé)煔馊N熱能中的一種，尤其是熱氣輪機(jī)排放的煙氣和燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)排放的煙氣及熱水均屬于品味較低的熱能。因此，在熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中配置溴化鋰吸收式制冷機(jī)，可充分發(fā)揮其利用低品位能源的優(yōu)勢(shì)，有效提高系統(tǒng)的能源綜合利用率，節(jié)約能源，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)系統(tǒng)中所配發(fā)電機(jī)組、能量轉(zhuǎn)換及余熱利用方式的不同，在熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)可配用的溴化鋰吸收式制冷機(jī)有：蒸汽型機(jī)組、熱水型機(jī)組、煙氣型機(jī)組、煙氣補(bǔ)燃型機(jī)組、煙氣熱水型機(jī)組、煙氣熱水補(bǔ)燃型機(jī)組、煙氣蒸汽型機(jī)組、煙氣熱水蒸汽型機(jī)組等。
2熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
2.1經(jīng)濟(jì)性分析
熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)可節(jié)約能源和提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性已經(jīng)是共識(shí)了，但運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性提高所帶來的效益在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)能彌補(bǔ)投資增加額，即投資回收期有多長(zhǎng)，這是設(shè)計(jì)和建造熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)前必須進(jìn)行分析并給出答案的問題。要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，必須明確系統(tǒng)的功能(除供冷(熱)和供電需求外，是否還有蒸汽和熱水需求)、負(fù)荷匹配、負(fù)荷變化情況和年供冷(熱)、供電時(shí)數(shù)，確定系統(tǒng)的運(yùn)行控制模式(以冷(熱)定點(diǎn)、以電定冷(熱))，知道平臺(tái)上能源價(jià)格、設(shè)備投資費(fèi)用、系統(tǒng)占平臺(tái)及建造費(fèi)用、設(shè)備運(yùn)行性能等。以便進(jìn)行總能效率、設(shè)備投資、系統(tǒng)建造、運(yùn)行能耗費(fèi)用、設(shè)備運(yùn)行管理及維護(hù)費(fèi)用等方面的綜合經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析。
2.2發(fā)電機(jī)組的配置容量
在確定發(fā)電機(jī)組的配置容量時(shí)，需要合理確定系統(tǒng)中冷(熱)、電的負(fù)荷匹配。要使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須使發(fā)電機(jī)組排放的余熱得到全部回收利用，盡量避免或減少系統(tǒng)單獨(dú)發(fā)電的運(yùn)行工況。在以冷(熱)定電的系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)組一般按滿足基本空調(diào)負(fù)荷(最大負(fù)荷的5O～7o)的要求進(jìn)行匹配，這樣既可適當(dāng)減小發(fā)電機(jī)組的配置容量，降低設(shè)備投資費(fèi)用，又可提高發(fā)電機(jī)組的滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)率，保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性j。
2.3系統(tǒng)余熱鍋爐的配置
在熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)組的余熱回收設(shè)備目前主要有兩種配置方式。一種是在系統(tǒng)中配置余熱鍋爐，將發(fā)電機(jī)組排放的余熱轉(zhuǎn)換成蒸汽或熱水，并配置蒸汽型或熱水型溴化鋰吸收式冷水機(jī)組進(jìn)行供冷，配置氣水換熱器提供空調(diào)采暖熱水，或直接利用余熱鍋爐提供的熱水給生活樓或平臺(tái)工作間進(jìn)行采暖。另一種是在系統(tǒng)中配置余熱型溴化鋰吸收式制冷機(jī)，直接利用發(fā)電機(jī)組排放的余熱驅(qū)動(dòng)溴化鋰吸收式制冷機(jī)進(jìn)行制冷(供熱)運(yùn)行。后一種設(shè)備配置方式由于減少了余熱鍋爐，可減少設(shè)備投資費(fèi)用和設(shè)備占地空間，并減少換熱損失，提高能量利用率。但后一種配置方式難以滿足系統(tǒng)中除空調(diào)冷(熱)水外的其他用熱需求，尤其是蒸汽用熱需求。所以，系統(tǒng)中是否需要配置余熱鍋爐，取決于系統(tǒng)中是否有除空調(diào)冷(熱)水外的量大且負(fù)荷穩(wěn)定的用熱需求。
2.4補(bǔ)燃型溴化鋰吸收式制冷機(jī)的配置
當(dāng)熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中的發(fā)電機(jī)組是按基本空調(diào)負(fù)荷進(jìn)行匹配時(shí)，發(fā)電機(jī)組排放的余熱不能滿足峰值空調(diào)負(fù)荷的耗熱需求，系統(tǒng)中可配置補(bǔ)燃型溴化鋰吸收式制冷機(jī)來滿足空調(diào)需求。補(bǔ)燃型溴化鋰吸收式制冷機(jī)的基本配置原則是：
◆在系統(tǒng)中只有一臺(tái)余熱型溴化鋰吸收式制冷機(jī)，從設(shè)備投資和設(shè)備占地的角度考慮不適宜配置其他供冷(熱)負(fù)荷調(diào)節(jié)設(shè)備的情況下，適宜配置補(bǔ)燃型溴化鋰。
◆若系統(tǒng)中有多臺(tái)余熱型溴化鋰吸收式制冷機(jī)，不宜將每臺(tái)余熱型機(jī)組都采用補(bǔ)燃型機(jī)組，宜單獨(dú)配置一臺(tái)冷(熱)負(fù)荷調(diào)節(jié)設(shè)備。
3熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)案例
以渤中某生活樓為例，假定設(shè)計(jì)熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)在該生活樓上應(yīng)用，以此作為設(shè)計(jì)探討的依據(jù)。
渤中某生活樓空調(diào)設(shè)計(jì)制冷量為380kW，設(shè)計(jì)制熱量按300kW取用，生活樓總設(shè)計(jì)用電負(fù)荷800kW。鑒于生活樓面積較小，發(fā)電設(shè)備宜采用微透平，吸收設(shè)備宜采用廢氣回收式溴化鋰制冷機(jī)組。
以電定熱：選用美國(guó)公司800kW的微透平，排放的煙氣量為19080kg/h，煙氣溫度280℃。根據(jù)廠家提供的煙氣熱水型溴化鋰吸收式冷溫水機(jī)制冷量為1200kW的機(jī)組，所需氣量為6021kg/h，煙氣溫度為500。C。因此，透平排放的煙氣量可以滿足1200kw的制冷量，完全滿足生活樓中央空調(diào)的需求。
4結(jié)束語
◆在熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中配置溴化鋰吸收式制冷機(jī)，可充分發(fā)揮其利用低品位能源的優(yōu)勢(shì)，有效提高系統(tǒng)的能源綜合利用率，節(jié)約能源，提高系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性。
◆設(shè)計(jì)熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)前，應(yīng)進(jìn)行必要的經(jīng)濟(jì)性分析，合理確定設(shè)備配置方案和配置容量，使系統(tǒng)達(dá)到節(jié)能、經(jīng)濟(jì)和高效的運(yùn)行目的。
◆以燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組和煙氣型溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組為主要設(shè)備組成的熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)，煙氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝連接是關(guān)鍵，煙氣系統(tǒng)的煙氣流動(dòng)阻力必須小于等于燃?xì)廨啓C(jī)的允許排煙背壓，煙氣系統(tǒng)控制部件的運(yùn)行必須滿足系統(tǒng)的控制要求，滿足燃?xì)廨啓C(jī)及煙氣型溴化鋰吸收式冷熱水機(jī)組的安全運(yùn)行要求。
