東北電力大學(xué)本科生畢業(yè)論文摘要-27-分產(chǎn)系統(tǒng)改為熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析摘要能源的利用與人們的生活息息相關(guān)，近年來能源短缺問題一直是各國關(guān)注的焦點，能源問題的日益嚴峻，在一定程度上限制了各國在各領(lǐng)域的相關(guān)發(fā)展成為了許多國家的瓶頸。與此同時，由于工業(yè)時期人們快速發(fā)展工業(yè)忽視了對環(huán)境的影響使得環(huán)境問題也越來越嚴重。如何提高能源的利用率，找到一條環(huán)保的發(fā)展道路就成了各國普遍關(guān)注的熱點問題。在這樣的大環(huán)境下，分布式供電技術(shù)應(yīng)運而生，基于能量梯級理論誕生的此項技術(shù)，由于其超高的能源利用率以及對環(huán)境極小的影響，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的利用。本文以熱電聯(lián)產(chǎn)改為熱電冷三聯(lián)產(chǎn)為實際的工程背景，介紹了熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的研究現(xiàn)狀、工作原理、主要設(shè)備的性能。我國的三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)雖然起步較晚，但由于供熱、制冷和發(fā)電各部分的技術(shù)相對成熟，理論上存在著很大的發(fā)展?jié)摿?。三?lián)產(chǎn)技術(shù)基于能量梯級理論，利用高品位的能源進行發(fā)電，發(fā)電后的能量品位降低卻扔能夠用于供熱以及制冷技術(shù)，從而提高能源的利用率，節(jié)約了一次能源。為了突出體現(xiàn)三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能性，本文將三聯(lián)產(chǎn)方案與熱電冷三分產(chǎn)方案進行對比，對兩個方案中涉及的設(shè)備進行經(jīng)濟性分析。主要集中在一次能耗率的計算，這是以第一定律為基礎(chǔ)的指標，煤耗率是一種直觀的方式觀察兩個系統(tǒng)的節(jié)煤性能，由于制冷部分的存在，將制冷機的性能系數(shù)和當量熱力系數(shù)作為這一部分的評價指標。為了證實上述的理論分析，本文以南方某工業(yè)園區(qū)的數(shù)據(jù)為背景進行了完整的計算過程，最終證實了在各方面三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能特性。發(fā)展熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)對節(jié)能減排和提高能源利用效率具有重要的意義，本文的研究為熱電廠采用熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能改造方案提供了理論支持，具有一定的工程應(yīng)用價值和學(xué)術(shù)價值。關(guān)鍵詞：熱電冷三聯(lián)產(chǎn)；制冷系統(tǒng)；經(jīng)濟性分析；一次能耗第1章緒論1.1課題背景及意義能源是人們?nèi)粘Ｉ钯囈陨娴馁Y源和動力，擁有一個合理的能源結(jié)構(gòu)，節(jié)約現(xiàn)有資源，開發(fā)新的能源是人類可持續(xù)發(fā)展的一個重要方式。因此，如何節(jié)約能源，減少人類對于化石燃料的依賴，從而保護環(huán)境，凈化人類生活的家園，從而建設(shè)成功一個可持續(xù)發(fā)展的人類社會就變成了當前和未來需要研究的迫切的熱點問題。熱電冷聯(lián)產(chǎn)由于具有提高能源利用率，減少化石燃料的使用的特點，得到了世界政府日益的關(guān)注。熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)是將發(fā)電，供熱和制冷三者合為一體的能量輸出結(jié)構(gòu)，它是建立在能源梯級利用的理論機床上的，即分布式供電應(yīng)運而生[1]。在一個完整的三聯(lián)供系統(tǒng)中，高品位的能量通過鍋爐的燃燒以驅(qū)動汽輪機做功，低品位的能量用以供熱和制冷，這樣三聯(lián)供系統(tǒng)各部分之間就完成了互相配合，從而提高能源的利用率和燃燒的效率。由于受到地理位置的不同，當?shù)啬茉葱枨蠼Y(jié)構(gòu)的不同等一些客觀因素的影響，三聯(lián)供系統(tǒng)的配置形式?jīng)]有固定的模式，需要結(jié)合工程的實際情況，往往配置模式都大不相同，總體來說系統(tǒng)的主要設(shè)備包括：鍋爐、汽輪機和制冷機。汽輪機作為動力裝置一般采用燃氣輪機、內(nèi)燃機。制冷機主要采用吸收式制冷機，它常用與聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。整個系統(tǒng)通過相互之間的配合使得可以在各種情景下配置出不同形式的三聯(lián)供系統(tǒng)[2]。關(guān)于溴化鋰吸收式集制冷，它的制冷系數(shù)較大、效率高。經(jīng)常用于民用空調(diào)的制冷。但是制冷溫度收到制冷劑的限制，不可以低于5℃。在分產(chǎn)系統(tǒng)中常使用的電壓縮式制冷機，它用的是氨作為制冷劑，所以制冷范圍非常大，相對于吸收式的機器，可以滿足0℃一下的制冷要求。王巍和李奎[3]基于吸收式制冷的熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能研究，在節(jié)能的基礎(chǔ)上保障高效利用能源，進而提升高能源綜合利用率。因此，熱電冷三聯(lián)供有利于集中供熱，有利于合理利用資源，有利于實現(xiàn)超低排放。對于環(huán)境保護存在很大意義，因為只有在一個良好的自然環(huán)境下人們才能更好的發(fā)展工業(yè)和商業(yè)以及省會的各個方面。P．J．Mago,L．M．Chamra[4]他們基于能源，經(jīng)濟和環(huán)境考慮的CCHP系統(tǒng)的分析和優(yōu)化提供了全新的角度。李克[5]關(guān)于CCHP在北京地區(qū)的實際應(yīng)用的經(jīng)濟性分析提供了新的思路。生物質(zhì)能[6]的CCHP從?的角度進行經(jīng)濟性分析。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國外研究現(xiàn)狀及分析現(xiàn)在市面上的壓縮式制冷機主要分為四種，活塞式、螺桿式、壓縮式和離心式。它們通常使工作液體來進行吸熱放熱，主要常用的工質(zhì)有：氟利昂、氨氣等。其實現(xiàn)制冷的方法是在沸騰相變時從需要制冷的空間中吸取熱量并向外排出。壓縮制冷設(shè)備存在一個缺點即：在夏季用電高峰的時候會增加了電網(wǎng)的負荷。這時溴化鋰制冷機組就體現(xiàn)了它的優(yōu)勢，由于采用蒸汽驅(qū)動，所以整個設(shè)備不需要消耗大量電，僅少部分設(shè)備需要用電。與壓縮式制冷機組需要消耗大量電量相比，吸收式制冷設(shè)備不會給電網(wǎng)帶來壓力，相反可以顯著地減輕電網(wǎng)的用電負荷。我國的大部分熱電廠都是主要以熱電聯(lián)產(chǎn)為主，再加之我國熱電廠數(shù)目眾多，假設(shè)在冷負荷合適的場所將熱力發(fā)電廠從兩聯(lián)產(chǎn)改為熱、電、冷三聯(lián)長，那么就可以在夏季的用電高峰期節(jié)省很多的電能，而且能過提高熱力發(fā)電廠的綜合效率，使得能源的利用更加合理，又由于制冷系統(tǒng)主要用的是溴化鋰制冷機組，不管是減小對環(huán)境的影響，也就是保護環(huán)境方面還是在減緩電網(wǎng)緊張狀況的方面都是真實可行的，并且如果系統(tǒng)配置合理會帶來很大的經(jīng)濟效益。然而理論和是實際總是存在著差距的。聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)理論研究往往落后于工程的實際應(yīng)用，到目前為止還沒有形成完全統(tǒng)一的理論體系，與此相關(guān)的問題需要進一步的研究[7-10]。就目前而言，對于熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟性評價沒有一個統(tǒng)一量化的評價標準。所以作為參照，熱電聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟評價方式就得到了應(yīng)用，例如：年平均能源綜合利用率、熱電比、內(nèi)部收益率、回收期、單位功率投資、單位功率造價、標準汽耗率、電價、地價等。這些評價方法都都有其各自的優(yōu)勢，但都是片面的不夠全面，僅僅考慮了一種能源的輸入，并不適合于像三聯(lián)產(chǎn)這樣的多種能源的輸出形式。簡單的拿來作為系統(tǒng)的評價，不僅不夠客觀，而且評價是相對片面的，易產(chǎn)生誤差而導(dǎo)致錯誤。第1章緒論如下簡單介紹一下國外CCHP的研究現(xiàn)狀及分析[11-14]：目前，世界上一些發(fā)達國家例如：美國、日本等都具備了較成熟的三聯(lián)供技術(shù)積累了豐富的經(jīng)驗，并且大量應(yīng)用于實際。國外的樓宇間三聯(lián)供技術(shù)相當成熟，能夠獨立的為建筑供電，在夏季制冷，在冬季供熱。分布式供能技術(shù)日趨成熟，也受到了越來越多的人的注意。目前，丹麥是世界上能源利用效率最高的國家之一，在過去的20年中，丹麥的GDP不僅翻了一倍，但能源的消耗率沒有提高，而且污染物的排放還大大的降低了。這不僅和丹麥先進的技術(shù)離不開關(guān)系，除此之外，政府的大力支持也是一個決定性的因素，由于政府的支持使得丹麥國內(nèi)具有發(fā)展三聯(lián)供的良好環(huán)境。早在1978年，小型的熱電聯(lián)產(chǎn)項目就在美國興起了，目前截止到2004年底，美國分布式供能系統(tǒng)的裝機容量達到了80GW，這相當于總裝機容量的7.8%，美國政府計劃到2020年，國內(nèi)有一半以上的新建辦公樓以及商業(yè)建筑都采用獨立的熱電冷聯(lián)產(chǎn)，同時對于現(xiàn)有的建筑改進要達到15%以上。在日本，由于先天資源儲量的劣勢，使得日本格外注重分布式能源的發(fā)展和利用，日本某省在1986年5月就發(fā)布了《并網(wǎng)技術(shù)要求指導(dǎo)方針》，這份文件主張將聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的多于電量賣給電力公司。除此之外，日本政府也給電力公司的業(yè)主提供了大量的優(yōu)惠政策，比如減免稅收等鼓勵其發(fā)展。在這一方面值得我們國家學(xué)習(xí)[15]。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析接下來簡單介紹一下國內(nèi)CCHP的研究現(xiàn)狀及分析雖然目前國內(nèi)CCHP的發(fā)展已經(jīng)步入正軌但依舊存在著一些問題：（1）我國的汽輪機技術(shù)的發(fā)展落后于世界領(lǐng)先國家，核心技術(shù)相對于其他國家而言還不是很成熟，汽輪機的效率低，壽命較短，運行時設(shè)備的穩(wěn)定性，不能夠長時間的運行，這些都是確實存在的表現(xiàn)；（2）由于起步晚，對于三聯(lián)供方面的技術(shù)和運營的經(jīng)驗累積不足；（3）并網(wǎng)技術(shù)尚不成熟[16]；（4）政府在相關(guān)政策上提供的支持還不夠。這幾年我國的三聯(lián)產(chǎn)技術(shù)去得到了一些進步，但由于起步較晚和發(fā)達國家仍舊存在著很大差距。聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的合理運用可以在很多地方得到應(yīng)用并產(chǎn)生經(jīng)濟效益，覆蓋的領(lǐng)域也較廣，工業(yè)商業(yè)皆可運用。比如：在民用建筑的改建上。在許多方面都可以體現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的優(yōu)越性。我國在2000年，頒布了《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》，這一舉動是貫徹我國堅持可持續(xù)發(fā)展的重要一步，同時，對于國內(nèi)能源行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀做出了明確的分析和指引，并且進一步明確了聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)展路線。并且在此期間，我國鼓勵在一些大城市開始試點工程，例如北京上海等。現(xiàn)如今，上海浦東國際機場等，都是熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的受益者，不僅節(jié)約了能源，也創(chuàng)造了效益。這是國內(nèi)典型的經(jīng)典案例，在機場內(nèi)使用燃氣輪機機組，可以產(chǎn)出熱、電和冷三種能量為機場持續(xù)不斷的穩(wěn)定的提供服務(wù)。在一定程度上促進了國內(nèi)的三聯(lián)供的發(fā)展，為其他的實際應(yīng)用提供了可行實際的方案。上海政府在2004—2007年，為促進三聯(lián)供的發(fā)展，對于系統(tǒng)規(guī)模小于10MW的給予了補貼，政府的大力支持無疑為三聯(lián)供的發(fā)展提供了一陣強心劑，醋精了三聯(lián)供產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展，為其他企業(yè)和政府提供了確實可行的經(jīng)驗。在北京，中關(guān)村國際商城的第一期工程也是一個案例，總面積達30多萬平方米。與上海浦東機場類似，商城內(nèi)空調(diào)的制冷、冬季供暖和用電都是依靠著三聯(lián)供系統(tǒng)。而與前者不同的是，該項目采用的是燃氣輪機排汽加余熱補燃型吸收式冷溫水機組。主要流程是：燃氣進入燃氣輪機進行高壓燃燒并發(fā)電，緊接著利用其排煙推動溴化鋰冷溫水機組，當遇到外界負荷波動較大時，可以通過補燃的方式增加熱源缺少的熱量，對其進行彌補。除此之外，對于商城的特點，同步建設(shè)了污水處理環(huán)節(jié)。這是因為，溴化鋰機組的冷卻水采用的是建筑中水，中水是否可靠關(guān)系到整個系統(tǒng)的可靠性。所以三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的建設(shè)不僅要考慮系統(tǒng)的整體的功能，更要考慮實際應(yīng)用環(huán)境的特點，這樣才能靈活應(yīng)用三聯(lián)供系統(tǒng)。1.3熱電冷三聯(lián)供的研究難點前面簡單介紹了熱電冷三聯(lián)供國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，接下來我們談一談這一項目的主要研究難點，一定程度上也就是研究需要解決的問題。1．分布式熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的發(fā)電并網(wǎng)及上網(wǎng)問題的研究。理想狀態(tài)下，分布式熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟效益，同時對于環(huán)境也格外友好。但回看當今世界，在實際應(yīng)用中三聯(lián)供系統(tǒng)并沒有得到良好的發(fā)展，其中一個關(guān)鍵原因就是剩余電量的問題，它的并網(wǎng)和上網(wǎng)一直困擾著研究者們。在我國的大環(huán)境下，電力行業(yè)是國家壟斷產(chǎn)業(yè)，主要由幾大發(fā)電集團組成，考慮到售電模式也相對單一和固定。由分布式熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)所發(fā)出的電如果想并網(wǎng)和上網(wǎng)過程不僅復(fù)雜，而且可能面對著層層阻礙。再就是，分布式熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)和傳統(tǒng)的火力發(fā)電廠不同，它不會長時間穩(wěn)定可靠的運行，這也就意味著設(shè)備的使用壽命及技術(shù)的局限性，在需要的時候才會采用，這將導(dǎo)致對于電力網(wǎng)絡(luò)的頻繁沖擊，這會影響到整體電網(wǎng)的安全穩(wěn)定的運行[17]。2.分布式熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的變工況運行時，其性能下降快。在設(shè)計工況下，系統(tǒng)的各個設(shè)備都能保持在穩(wěn)定經(jīng)濟的工況下運行，但實際生活中，由于天氣變化或者用戶需求以及其他因素，負荷往往會發(fā)生較大的波動，這也就是會迫使分布式供能系統(tǒng)處于變工況下運行，這就將導(dǎo)致整個系統(tǒng)產(chǎn)能和用能的不協(xié)調(diào)，這將會降低效率，減小了分布式熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的實際應(yīng)用價值。同時，假如對于符合工況的評估不準確，設(shè)計安裝的容量會存在或大或小的偏差值，引起分布式熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)長期處于偏離設(shè)計工況的狀態(tài)，那么此時的經(jīng)濟性就無法得到保證了[18]。3.熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的裝機容量較小，因此它的發(fā)展就注定不會順利，由于和傳統(tǒng)的集中式供能項目的裝機容量相比容量小，實際帶來的便利不是很大，所以發(fā)展比較緩慢。也正是如此，機組容量在5kW到30kW之間的小型系統(tǒng)，比如：船舶式聯(lián)供、可移動式聯(lián)供這樣的系統(tǒng)，就會由于余熱回收方式的限制無法實現(xiàn)聯(lián)供。所以，像這樣得小型分布式熱電冷三聯(lián)供的系統(tǒng)其設(shè)備運行效率就較低，余熱回收的能力不足，這都將導(dǎo)致能源利用率降低，適得其反了。這就不符合分布式能源供應(yīng)系統(tǒng)節(jié)能高效的特點了，如何解決這一難題是進一步發(fā)展分布式熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)的關(guān)鍵。4.國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈不成熟及投資運營成本過高，限制了熱電冷三聯(lián)供的發(fā)展速度。由于天然氣分布式能源屬于新興能源行業(yè)，主要還是依靠進口，所以可想而知成本會比較高，而且從人才方面來說具有安裝維護和管理經(jīng)驗的工人還是比較稀缺的，人工成本也比較高。較高的成本使得它以其他行業(yè)的競爭中處于劣勢，失去了與傳統(tǒng)發(fā)電行業(yè)的競爭優(yōu)勢。1.4溴化鋰制冷機的發(fā)展電制冷在目前工業(yè)和商用上一直都存在著一些問題，制冷往往發(fā)生在夏天，而如果利用電能制取冷，會給夏季用電高峰帶來負擔(dān)，進一步激化了電力供求的矛盾，失去了分布式供能的優(yōu)勢。近年來，我國在夏季經(jīng)常出現(xiàn)用電高峰，由于夏季溫度過高，我國大部分地區(qū)都會面臨夏季電力短缺的危機，建筑中大量應(yīng)用空調(diào)是造成這一現(xiàn)象的關(guān)鍵因素之一。歷史上在2003年全國有19個城市拉閘限電，這是我國有名的“電荒”，政府不得不采取緊急應(yīng)對方案，要求工廠分時段開工，對于居民用電分時段停電等等。有些地方甚至出現(xiàn)了睡城；另外，在過去許多年中氟利昂是我國制冷的主要原料，氟利昂的大量使用會釋放一種破壞臭氧層的物質(zhì)，從而導(dǎo)致紫外線直接進入地球表面而導(dǎo)致溫室效應(yīng)。溫室效應(yīng)的危害大家都耳熟能詳了，科學(xué)家預(yù)測：如果地球溫度持續(xù)這樣的升高，到了2050年世界的平均溫度會同時上升2—4度，冰川的融化你會導(dǎo)致很多沿海國家和低海拔地區(qū)的城市會由于海平面的太高而被淹沒，例如：紐約、上海、東京和悉尼等。在這樣的情況下，吸收式制冷就突出了它的優(yōu)勢。溴化鋰制冷是一種利用回收廢熱的方式來制冷的，它符合大家對環(huán)境保護的需求，同時也提高了效率。它最早是美國[19]發(fā)明的。目前日本、俄羅斯等國的溴化鋰制冷機也有較大的發(fā)展，他們都取得到了較大的成就、越來越對技術(shù)背他國引用。我國對溴化鋰制冷機組的研究開始于20世紀中期。自1992年以來，溴化鋰制冷機組開始慢慢發(fā)展，企業(yè)之間也開始了許多合作，與國外的合作也日益變多，這一過程中也出現(xiàn)了許多優(yōu)秀的溴化鋰制冷機的制造廠家，他們?yōu)槲覈圃鞓I(yè)的發(fā)展取得了許多重要進展。第2章三聯(lián)供系統(tǒng)主要設(shè)備性能分析 第2章三聯(lián)供系統(tǒng)主要設(shè)備性能分析 2.1汽輪機汽輪機是一種使用高溫高壓的蒸汽作為工作液的原動機，是蒸汽快速通過汽輪機從而將蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)換成機械能的一種原動機，是透平機械的一種。它的優(yōu)勢在于，單機功率大、壽命較長、運轉(zhuǎn)效率高等。在汽輪機漫長的發(fā)展歷程中，歐美等發(fā)達國家由于先進的技術(shù)和領(lǐng)先的只是理念，發(fā)展出了許多知名海內(nèi)外的制造技術(shù)一流的汽輪機企業(yè)。例如：日本三菱重工、美國通用、歐洲ABB公司、西屋電器公司等。隨著世界的腳步，建國之后中國逐漸開始了汽輪機制造業(yè)發(fā)展的腳步，到了1950年左右，中壓6MW汽輪機在中國首次面世，隨著工業(yè)生產(chǎn)的需要，哈爾濱電氣集團的哈爾冰汽輪機廠隨后陸續(xù)生產(chǎn)出不同類型不同容量的汽輪機。汽輪機按照熱力特性分類：（1）凝汽式汽輪機：高溫高壓的蒸汽快速通過汽輪機內(nèi)部，不斷膨脹達到做功的效果，做完功的繼續(xù)進入凝汽機進行冷凝成為水。通常可以通過減小排氣缸的直徑尺寸以此提高熱效率，也可以選擇從汽輪機某一級抽汽，送入回?zé)峒訜崞饔靡约訜徨仩t給水，這種不調(diào)整抽氣式汽輪機，也統(tǒng)稱為凝汽式汽輪機。（2）背壓式汽輪機：背壓式機的特點是排汽壓力大于大氣壓力故稱之為背壓式汽輪機，當其排汽作為中。低壓力汽輪機的進氣時，稱之為前置式汽輪機。（3）抽汽背壓式汽輪機：抽汽式背壓汽輪機直接從背壓式汽輪機內(nèi)部抽取部分高壓蒸汽進行工業(yè)化生產(chǎn)，剩余的蒸汽繼續(xù)工作，背壓抽汽式用于驅(qū)動住宅供暖的蒸汽輪機。（4）多壓式汽輪機：蒸汽輪機具有多于一個蒸汽入口參數(shù)。按照主蒸汽壓力分類低壓汽輪機：0.12MPa~1.5MPa中壓汽輪機：2MPa~4MPa高壓汽輪機：6MPa~10MPa超高壓汽輪機：12MPa~14MPa亞臨界壓力汽輪機：主蒸汽壓力為16MPa~18MPa超臨界壓力汽輪機：主蒸汽壓力為22.12MPa超超臨界壓力汽輪機：主蒸汽壓力大于32MPa2.1.2供熱汽輪機供熱式汽輪機是一種蒸汽輪機，可以同時處理發(fā)電和供熱。根據(jù)結(jié)構(gòu)和運行方式的不同，供熱式汽輪機汽輪機可以分為背壓式、調(diào)節(jié)抽汽式與調(diào)節(jié)抽汽背壓式三類，常用的是前兩種。背壓式汽輪機背壓式汽輪機常常分為純背壓式汽輪機和抽汽背壓式汽輪機，他們兩者的不同在于排汽壓力。前者的排汽壓力只有一種而后者的抽汽壓力和排汽壓力在一定程度下可根據(jù)工況進行一定的調(diào)節(jié)。背壓機相比于其他汽輪機的優(yōu)點在于，結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、熱能利用率最高、發(fā)電煤耗率低等。因此它的節(jié)能效率高，也便于安裝和施工，可靠性和其他設(shè)備比更高。但同時也不可變得存在著缺點：隨著熱負荷的變化發(fā)電量也會發(fā)生改變不穩(wěn)定，因為背壓式汽輪機是一種供熱汽輪機，所以無法兼顧兩者的情況下只能保證供熱的需求，一旦熱負荷是確定的那么發(fā)電量也就確定了，這就是所謂的“以熱定電”，在實際情況下，熱負荷的變化將決定發(fā)電量的大小，所以要控制熱用戶所需要的熱負荷和設(shè)計熱負荷之間的平衡不能相差太多，否則會降低效率，影響電廠的經(jīng)濟效益。所以背壓式汽輪機只有在穩(wěn)定的熱負荷工況下才能發(fā)揮最大的效益。背壓式汽輪機的系統(tǒng)如圖2-1。理論上來說抽汽背壓式汽輪機的功能是可以從汽輪機的某中間級直接抽取蒸汽供給給熱用使用，剩下的蒸汽就會在汽輪機內(nèi)部繼續(xù)做功，排出的蒸汽壓力和溫度會較低，將繼續(xù)供給給熱用戶使用。這種型式的汽輪機和純背壓式汽輪機相差不多，它的優(yōu)點和缺點和純背壓式汽輪機一樣，但除此之外抽汽背壓式汽輪機的特點在于，它可以提供兩種或兩種以上的不同的供汽參數(shù)，靈活的滿足熱端用戶不同的要求由此，它的結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，如圖2-2。抽汽式汽輪機抽汽式汽輪機顧名思義，從汽輪機某一級處直接抽取高溫高壓的蒸汽供給熱用戶，一般來說汽輪機的高壓段比較適合抽取使用。它的壓力可以用系統(tǒng)來調(diào)節(jié)，可以往外輸出一種或兩種參數(shù)的蒸汽，與背壓式汽輪機相比更加的靈活?？梢栽谳^大的范圍內(nèi)滿足熱負荷和電負荷，所以被更多人用在了不同的領(lǐng)域。調(diào)節(jié)抽汽將機組分成高、低兩個部分，由于存在配汽系統(tǒng)，汽輪機內(nèi)部的蒸汽會不斷地經(jīng)過配汽系統(tǒng)進入到高壓部分，由初參數(shù)、膨脹到新參數(shù)壓力后，汽輪機抽汽系統(tǒng)會在這個壓力下將蒸汽抽出來供給外界熱用戶，余下的蒸汽則經(jīng)過配汽系統(tǒng)進入低壓部分，繼續(xù)膨脹到凝汽器壓力。調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機除有供熱抽汽外，還有多級回?zé)岢槠訜峤o水，以提高整個機組的熱經(jīng)濟性。加熱給水用的回?zé)岢槠麎毫σS機組工況而變，不能進行調(diào)節(jié)，故又稱為非調(diào)節(jié)抽汽。調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機在負荷為零時，就變成了凝汽式汽輪機，這時額定功率依舊滿足。調(diào)節(jié)抽汽式汽輪的一個優(yōu)勢在于，熱電負荷的變化范圍很大，但是卻互不影響。另一個優(yōu)勢在于，與背壓式的·汽輪機組相比，機組更加靈活，適應(yīng)性強，假若熱負荷變化頻繁可以選用或作為“調(diào)峰”使用。但同時也是存在一定的缺點的，比如說，在額定工況下，因為存在著冷源損失，所以其熱效率不如背壓式汽輪機組，單位的煤耗率也比較高，同時事故率也高于背壓式機組[20]。2.1.2汽輪機等裝置的評價指標眾所周知，熱電廠一切生產(chǎn)過程其實就是一系列能量轉(zhuǎn)換的過程，所以在實際的過程中，所有環(huán)節(jié)都不是理想狀態(tài)下進行的，熱量時不可能完全轉(zhuǎn)化成機械能的。在汽輪機中存在著各種各樣的損失，例如：機械損失、電機損失等。所以我們需要一系列的效率指標來評價能量轉(zhuǎn)換的完善程度。1、汽輪機相對內(nèi)效率汽輪機運行過程中，由于摩擦耗損會導(dǎo)致不同的能量流走，蒸汽理論比焓降不會被完全使用會有一部分流失，這兩者之比被稱之為汽輪機相對內(nèi)效率，即(21)式中：為汽輪機的理想功率，kW；為汽輪機的內(nèi)功率，kW。汽輪機的相對內(nèi)效率是衡量汽輪機中能量轉(zhuǎn)換過程完善程度的重要指標之一。對于無回?zé)岢槠钠啓C，內(nèi)功率為(22)式中：為主蒸汽流量，t/h。2、機械效率汽輪機在運行時，需要克服徑向軸承、推力軸承摩擦阻力和帶動主油泵、調(diào)節(jié)系統(tǒng)等所損耗的功率，叫機械損失。汽輪機內(nèi)功率減去機械損失即為汽輪機主軸輸出的軸端功率。機械損失的大小更多以機械效率形式來表示，即(23)3、發(fā)電機效率發(fā)電機中的損失包括鐵損、銅損及其機械損失，發(fā)電機出線功率要小于汽輪機主軸輸出的軸端功率，兩者之比稱為發(fā)電機效率，即(24)其中，鐵損、機械損失近似為常數(shù)，而銅損隨電功率增加而增大，所以在進行熱力性質(zhì)實驗時，要按電功率來計算發(fā)電機效率，一般分析時常取=0.98~0.99.發(fā)電機出線效率為(25)4、汽輪機發(fā)電機組的相對電效率汽輪機相對內(nèi)效率、機械效率和發(fā)電機效率三者的乘積稱為汽輪發(fā)電機組的相對電效率，即(26)汽輪發(fā)電機組的相對電效率表示1kg蒸汽具有的理想比焓降中最終轉(zhuǎn)換為電能的份額，是評價汽輪發(fā)電機組工作完善程度的一個綜合指標。則式(2-5)可以寫成(27)5、汽輪機發(fā)電機組的絕對電效率絕對電效率是評價汽輪發(fā)電機組的另一個重要指標。其定義為1kg蒸汽具有的理想比焓降轉(zhuǎn)換為電能的份額與1kg蒸汽在鍋爐中吸收的熱量之比，即(28)式中為新蒸汽的比焓（kJ/kg），為凝結(jié)水的比焓；若有回?zé)岢槠?，則為給水比焓（kJ/kg）。6、汽耗率汽耗率：每生產(chǎn)1kW·h電能所消耗的蒸汽量，用d[kg/(kW·h)]來表示(29)由此，若蒸汽的初中參數(shù)不相同，那么要生產(chǎn)出相同的電量需要消耗的蒸汽量是不一樣的，所以汽耗率對于不同類型的機組是完全不適用的，它只能用來比較同一類型而且參數(shù)相同的機組的熱經(jīng)濟性。其原因是在凝汽式汽輪機組和供熱式汽輪機組的比較中，蒸汽的參數(shù)不一樣，所以每千克蒸汽的比焓降也不用，會產(chǎn)生巨大的偏差。有時候，供熱式汽輪機生產(chǎn)1kW·h的電能需要消耗較大的蒸汽量。但經(jīng)濟性不一定比凝汽式汽輪機組差，因為供熱式汽輪機組有一部分熱量被熱用戶利用了。7、熱耗率熱耗率：每生產(chǎn)1kW·h電能所消耗的熱量，用q[Kj/(kW·h)]來表示。對于無中間再熱汽輪機組，熱耗率為(210)對于中間再熱機組，熱耗率為：(211)式中：為汽輪機主蒸汽流量，t/h；為再熱蒸汽流量，t/h；為主蒸汽比焓值，kJ/kg；為再熱蒸汽進汽比焓值，kJ/kg；為高壓缸排汽比焓值，kJ/kg；為鍋爐給水比焓值，kJ/kg。熱耗率可以作為不同機組之間的經(jīng)濟性評價指標，消耗多少熱量間接表示將消耗多少燃料量。2.2鍋爐2.2.1鍋爐的分類鍋爐按用途分類：電廠鍋爐、工業(yè)鍋爐、熱水鍋爐。按容量分類，可以分為大、中、小鍋爐，這之間沒有固定的劃分界限，從目前的情況來看，發(fā)電功率等于或大于300MW的鍋爐可以歸為大型鍋爐。但是目前最主流的方式還是按照鍋爐的蒸汽壓力來分類：低壓鍋爐——出口蒸汽壓力不大于2.45Mpa中壓鍋爐——2.94MPa~4.9MPa高壓鍋爐——7.84MPa~10.8MPa超高壓鍋爐——11.8MPa~14.7MPa亞臨界壓力鍋爐——15.7MPa~19.6MPa超臨界壓力鍋爐——超過臨界壓力22.1MPa另外按照鍋爐燃燒方式分類：室燃爐、旋風(fēng)爐、循環(huán)流化床爐；按照鍋爐排渣方式分類：固態(tài)排渣爐和液體排渣爐；按照鍋爐蒸發(fā)受熱面內(nèi)工質(zhì)的流動方式可分為：自然循環(huán)爐、強制循環(huán)爐、直流爐。2.2.2鍋爐運行經(jīng)濟性評價指標1.鍋爐效率鍋爐效率：被有效利用的熱量與燃料燃燒所釋放的熱量之比，即：(212)鍋爐的有效利用熱指得是水和蒸汽流經(jīng)各受熱面時候吸收的熱量。這部分熱量主要包括：水和蒸汽吸收的熱量、排污水帶走的熱量等。鍋爐的輸入熱量是指，單位燃料在燃燒過程中所釋放的總熱量。2.鍋爐凈效率鍋爐凈效率：在鍋爐效率基礎(chǔ)上，扣除掉鍋爐機組的自用耗能之后的效率。從熱電廠鍋爐的作用來看，工廠的自用蒸汽理應(yīng)扣除掉。其計算公式如下(2-13)所示：(213)式中：為鍋爐消耗的燃料量(kg/h)；為鍋爐自用熱耗(kJ/kg)；為鍋爐的輔助部件耗功量(kW)；b為電鏟給發(fā)電標準煤耗率(kg/(kW·h))。2.3溴化鋰制冷機1945年，美國的開發(fā)公司來發(fā)出世界上第一臺冷卻能力為523kW的單效溴冷卻器。作為使用溴化鋰溶液作為工作流體對的吸收劑的新吸收式制冷領(lǐng)域已經(jīng)被開創(chuàng)了。溴化鋰吸收式制冷機和蒸汽壓縮式制冷機的制冷原理相同的地方在于，它們都是利用液體在低溫、低壓下，進行蒸發(fā)、氣化吸收載冷劑產(chǎn)生的熱量，從而達到制冷的效果。但是，制冷劑的壓縮方式卻有較大的區(qū)別：蒸汽壓縮式主要應(yīng)用壓氣機，消耗電能或者機械能；而吸收式的主要是靠吸收劑、消耗的是熱能。在吸收式制冷裝置中，制冷劑和吸收劑是兩種常用的工質(zhì)，有時有三種。根據(jù)所需要的制冷溫度不同，制冷劑和吸收劑（或稱為工質(zhì)對）的組合也不同。在工程上，如果用于低溫冷凍（包括電冰箱），常選用氨為制冷劑，水為吸收劑。這種裝置的制冷溫度在﹣45~1℃范圍內(nèi)。工業(yè)上還有溴化鋰吸收制冷裝置，常選用水為制冷劑，溴化鋰溶液作吸收劑，這種制冷裝置多用于大型制冷設(shè)備。2.3.1溴化鋰制冷機的分類1、當人們在利用制冷機的時候發(fā)現(xiàn)熱源可以被多次利用，以此為依據(jù)我們可以將其分為單效機，雙效機和三效機。單效機：它常常使用在蒸汽壓力較低的場合和生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生高溫廢水的場景中。雙效機：它常常用于蒸汽壓力較大的蒸汽型的機組或者是直燃型冷溫水機組，通常在機組內(nèi)擁有高壓和低壓兩種發(fā)生器。三效機：顧名思義熱源在機組內(nèi)直接或者間接的被利用了三次不過，世界上最先進的技術(shù)還是不能將三效機理解的更加完備。三效溴化鋰吸收式制冷劑與其他類型的對比見下表2-1，從表中我們不難發(fā)現(xiàn)，單效、雙效以及三效制冷劑的工作效率以及節(jié)能量大小的比較：三效式與雙效式制冷劑相比，在節(jié)能率和熱力系數(shù)上有較大的提高。由此看出，加快三效溴化鋰制冷機的研究是提高能源利用率，提高效率的一種重要方式。循環(huán)方式COPCOP提高能量消耗減少能量消耗單效式0.75-1.33kW/kW-雙效式1.200.450.83kW/kW38%三效式1.500.300.67kW/kW19%表2-12、按照溶液循環(huán)方式的不同分類：串聯(lián)流程型機組、并聯(lián)流程型機組和串并聯(lián)流程型機組。3、根據(jù)驅(qū)動熱源的不同，我們可以將一下機組這么分類：蒸汽型制冷機以蒸汽為驅(qū)動熱源；直燃型制冷機是以燃料燃燒為驅(qū)動熱源的機組；熱水型制冷機則是將熱水作為驅(qū)動熱源的機組。熱水型機組一般都是單效機，且制冷系數(shù)較低，使用的熱水最好控制在80-150℃。根據(jù)使用的燃料不同分類，可以分為：燃油型、燃氣型和燃油燃氣兩用型。2.3.2溴化鋰制冷機存在的問題由前面的介紹可知，溴化鋰吸收式制冷機與電制冷的機組相比有許多獨有的優(yōu)勢，但是有利也就會有弊，在實際的工程應(yīng)用中，溴化鋰吸收式制冷機也存在著一些問題，接下來我們來分析一下：1、在工程的實際應(yīng)用時，水可以用作是溴化鋰吸收式制冷機的制冷劑，溴化鋰則是當做吸收劑使用。所以這也就意味著，不同的制冷劑和不同的吸收劑導(dǎo)致了不同的特點。地理位置上來講，在長江以北的地區(qū)，室外溫度在冬季會較低，故制冷機房需要采取設(shè)備，且采暖的溫度應(yīng)該在十攝氏度以上。反之，若一旦由于溫度較低而停機的話，水便會結(jié)冰這將造成管束凍裂，從而導(dǎo)致吸收劑泄露。若發(fā)生這類事件，不僅會造成重大工程事故，帶來經(jīng)濟效益的損失以及安全隱患。此外，由于溴化鋰溶液對紫銅會造成腐蝕，故這會加劇管束的腐蝕程度。2、溴化鋰制冷機組后期的維修和護理是一個復(fù)雜而繁瑣的工程。首先，要經(jīng)常清洗冷凍水以及冷卻水中的雜質(zhì)。若處理不及時造成雜志的堆積，會導(dǎo)致管路的堵塞，并會使得換熱效果變差。當進入冬季的時候，需要及時的把冷凍水和管路中的水及時清空，過低的溫度會使管路凍裂。3、雙效溴化鋰機組和單效溴化鋰機組其優(yōu)缺點都各自分明，雙效溴化鋰機組的有點是熱效率比單效的更高，然而相應(yīng)的供汽壓力以及溫度要求會提高。與之相反的單效溴化鋰機組能夠利用較低溫度和壓力的熱能，但熱效率比較低。由此工程上，人們更傾向于雙效溴化鋰機組，其優(yōu)勢更加被人注重。2.3.3制冷機的性能系數(shù)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)和分產(chǎn)系統(tǒng)存在爭議的很大一個原因就在于，制冷部分的方案選擇。主要是在以蒸汽為驅(qū)動力的吸收式制冷方式還是選擇以電力為驅(qū)動的壓縮制冷方式中的選擇。更進一步將，這兩種方案的爭議在于能源利用率。電壓縮制冷的制冷系數(shù)：(214)式中：為制冷量，kW；為耗功量kW。吸收式制冷機的制冷系數(shù)(215)式中：為耗熱量，kW；為溶液泵耗功量，kW。制冷機性能系數(shù)是一個重要指標，在機組條件相同的情況下，它可以方便簡單的判斷出機組的優(yōu)劣。但機組的類型一旦改變，性能系數(shù)就失效了會出現(xiàn)很多問題。因為不同類型的制冷機所使用的能源類型不同，意味著能源的品味和質(zhì)量也就不相同，這就導(dǎo)致了出現(xiàn)了完全不一樣的結(jié)論。2.3.4當量熱力系數(shù)這個問題讓我們困擾不已，所以研究學(xué)者們提出了當量熱力系數(shù)，就是為了處理這一難題。它是從源頭解決問題立足于在品質(zhì)方面進行改善，將他們混合處理，將其變?yōu)橐淮文茉丛谕ㄟ^其消耗量進行分析，這意味著計算出單位燃料燃燒釋放的熱能所能產(chǎn)生的制冷量。這一系數(shù)更能準確的表達出能量轉(zhuǎn)換的實質(zhì)。壓縮式制冷系統(tǒng)的當量熱力系數(shù)：(216)式中：為點壓縮機的制冷量，kW；為點壓縮式制冷劑的耗電量，kW；為水泵、風(fēng)機等附屬設(shè)備耗電量，kW；為全國火電廠的平均效率取0.33；為電網(wǎng)效率，取為0.90。吸收式制冷劑的當量熱力系數(shù)：(217)式中：為蒸汽管道輸送效率；為能量轉(zhuǎn)換倍數(shù)。簡單說明：值代表抽氣口處每千焦燃料燃燒產(chǎn)生的高位熱能相當于抽氣口出低溫?zé)崮芮Ы箶?shù)，即倍數(shù)。第3章基于熱電廠的熱電冷聯(lián)產(chǎn)節(jié)能分析第3章基于熱電廠的熱電冷聯(lián)產(chǎn)節(jié)能分析目前，國內(nèi)外常見的熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)方案有兩種，一種是基于熱電廠的熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，國內(nèi)主流的是將原先熱電聯(lián)產(chǎn)的電廠進行改造，因為國內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)已經(jīng)很成熟了，通過增加吸收式制冷機的環(huán)節(jié)來給冷用戶提供冷能。其驅(qū)動的動力一般是汽輪機部分級的抽汽或者是汽輪機的背壓排汽；而另一種則是樓宇間熱電冷聯(lián)產(chǎn)，這樣的類型在美國尤為成熟，它的原理是劃分數(shù)幾片街區(qū)為一整個區(qū)域，利用安裝在樓內(nèi)的燃氣輪機，通過燃燒燃氣為汽輪機提供動力，然后利用排汽余熱用于供熱，制冷部分則是利用電壓縮式制冷機。而這一章，將立足于熱電廠的背景，討論熱電冷三聯(lián)產(chǎn)和分產(chǎn)的經(jīng)濟性，并對上一章中關(guān)于經(jīng)濟性評價存在的一些問題進行分析，完成一個較為全面的分析。3.1熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)比較的基礎(chǔ)要想進行經(jīng)濟性分析，由于兩種系統(tǒng)類型的不同，所以我們需要確立一個比較的基礎(chǔ)。對于本文來說，我們參照的是熱電廠的熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，而非國外流行的樓宇間的三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，主要是因為國內(nèi)的熱電聯(lián)產(chǎn)改造比較常見。那么在確立了背景之后就是整個系統(tǒng)方案的確立了，一種是這樣的：一般是利用汽輪機的抽汽或者是汽輪機的背壓排汽來驅(qū)動吸收式制冷機為用戶提供冷量。還有一個方案則是熱電冷三種分產(chǎn)，分產(chǎn)系統(tǒng)則相對簡單了，供熱部分是利用區(qū)域鍋爐房，制冷用的則是電壓縮式制冷機，發(fā)電則是利用凝汽式汽輪機發(fā)電。表3-1是本文采用的兩種實際工程方案的對比和系統(tǒng)配置情況。這兩種系統(tǒng)的工藝流程圖，分別如圖3-1和圖3-2所示。表3-1兩種熱、電、冷能源方案方案電力供應(yīng)方式采暖方式空調(diào)方式方案1熱電冷三聯(lián)產(chǎn)供熱式汽輪機組發(fā)電熱電廠抽汽或排汽+汽水熱交換熱電廠抽汽或排汽+吸收式制冷機方案2熱電冷分產(chǎn)電網(wǎng)供電區(qū)域鍋爐房供暖電壓縮式制冷機比較這兩種系統(tǒng)的能耗，首先需要先設(shè)定可比條件，即由能量供應(yīng)相等的原則，設(shè)各系統(tǒng)低于外界供應(yīng)的熱量和冷量以及發(fā)電量分別都相等，分別為（kW）、（kW）、（kW），制冷機的用電由電網(wǎng)供應(yīng)。3.2數(shù)學(xué)模型的建立由上面可知，熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能耗包括三部分：供熱能耗、制冷能耗、發(fā)電能耗。本文將分別對這三部分的一次能耗分別進行比較。由于熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)各個設(shè)備所使用和消耗的能源品位以及來源都各不相同，設(shè)備向外輸出的也是三種不同質(zhì)的能，故其做功能力也不同。為了能更好的比較這三種能量，必須要有一種統(tǒng)一的比較標準，本文的角度是從產(chǎn)呢鞥的一次耗能入手，分析其能耗情況來比較。3.2.1制冷系統(tǒng)的當量熱力系數(shù)前文提到的并沒有完全解釋其由來，各文獻中也沒有針對供熱機組的表達式，故本文對此作了推算。熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)對外供熱和溴化鋰吸收式制冷機的熱源是汽機的抽汽或者其排汽，蒸汽在汽輪機中會作一部分功（kW·h），每1kW·h的蒸汽在凝氣機組中所消耗的熱能設(shè)為kJ，故由抽汽口得到的每1kJ的熱能本應(yīng)該消耗的熱能kJ再需要扣除kJ，即令(31)對進行一下推導(dǎo)：抽氣口每kg蒸汽可以供熱能為：(32)式中，—抽汽口每kg蒸汽可以供的熱能；—抽氣口處蒸汽焓值，kJ/kg；—所抽蒸汽的飽和水焓值，kJ/kg。每kg抽汽所消耗的能量需要消耗的燃料熱為：(33)式中，—鍋爐效率—管道效率抽氣口每1kJ的熱能本來應(yīng)該消耗燃料的熱能為：(34)抽出1kJ在汽輪機中做的功為：(35)式中，—1kJ所抽蒸汽在汽輪機中做的功，kW·h/kJ；—汽輪機進口蒸汽焓，kJ/kg；—汽輪發(fā)電機組的機械效率；—發(fā)電機效率。1kg蒸汽在替代電廠中做功為：(36)式中，—1kg蒸汽在替代電廠所做的功，kW·h/kg；—汽輪機排汽焓值，kJ/kg。1kW·h的功需要蒸汽量為：(37)式中，—1kW·h的功需要蒸汽量，kg/(kW·h)每kW·h功的熱耗為：(38)式中，—每kW·h功的熱耗，kJ/(kW·h)—鍋爐給水焓，kJ/kg由，接著我們把(3-1)~(3-7)式帶入，由此可得到的計算式為：(39)為當量熱力系數(shù)，它指的是消耗一次能源熱能后，可以產(chǎn)生多少的冷量，換句話說消耗1kJ燃料的熱能可以得到多少kJ數(shù)的制冷量。它作為本文熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中制冷系統(tǒng)的評價指標。也就是說制冷系統(tǒng)消耗1kJ的一次燃料熱能，能輸出多少kJ的冷量。我們在計算制冷系統(tǒng)的耗能是，除了冷水機本身的耗能，一些輔助設(shè)備的耗電量也要給它算上。（1）計算熱電冷三聯(lián)產(chǎn)吸收式制冷系統(tǒng)的當量熱力系數(shù)。系統(tǒng)耗能上文已說明。則當量熱力系數(shù)為：(310)式中，—吸收式制冷機的制冷量，kW；—制冷機所需的熱能，kW；—溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)的耗冷量，kW；—供熱效率—發(fā)電廠效率，取全國平均水平發(fā)電效率0.35—電網(wǎng)效率，取為0.95（2）電壓縮式制冷系統(tǒng)的當量熱力系數(shù)。我們在計算當量熱力系數(shù)的時候，首先需要計算得到各個設(shè)備的耗電量，電壓縮式制冷機、制冷系統(tǒng)、冷卻水泵以及冷卻塔的耗電量都需要考慮全面?？杀硎緸椋?311)式中，—電壓縮機制冷機的制冷量，kW；—電壓縮制冷機耗電量，kW；—冷卻水泵、冷水泵和冷卻風(fēng)機總的耗電量，kW。3.2.2熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的一次能耗(1)熱電冷聯(lián)產(chǎn)的供熱一次能耗在計算供熱一次能耗時，應(yīng)該減掉做功能耗的一次能耗，這是因為供熱用戶使用的蒸汽，在汽輪機中會做一部分功。故實際的消耗的一次能源會減小。設(shè)供熱量為，則供熱一次能耗為：(312)式中，—熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的供熱一次能耗，kW—熱用戶所需熱量，kW；—供熱效率(2)熱電冷聯(lián)產(chǎn)的制冷一次能耗由一次能耗率的公式可知其公式為：(313)式中，—熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)制冷的一次能耗，kW；—吸收式制冷機所需熱量，kW。由制冷機的性能系數(shù)COP的定義：，故上式可以化為：(314)(3)熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)電一次能耗發(fā)電量包括三個方面：供熱氣流發(fā)電、制冷氣流發(fā)電、凝汽器氣流發(fā)電，即。和是在供熱循環(huán)基礎(chǔ)上的發(fā)電量。下面計算發(fā)電一次能耗發(fā)電一次能耗即也由三部分組成：(315)式中，—發(fā)電一次能耗，kW；—供熱汽流發(fā)電的一次能耗，kW—制冷汽流發(fā)電的一次能耗，kW—凝汽汽流發(fā)電的一次能耗，kW。計算式分別為：(316)(317)式中表示供熱汽流在汽輪機中實際內(nèi)效率，，實際內(nèi)功與熱耗之比。(318)把式子(3-16)~(3-18)代入式子(3-15)，則熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)電的一次能耗為;==式中，—供熱汽流發(fā)電絕對內(nèi)效率；—凝汽汽流發(fā)電絕對內(nèi)效率。故熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的總的一次能耗為：3.2.2熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)的一次能耗分產(chǎn)系統(tǒng)的供能系統(tǒng)就相對簡潔明了，由分別的三部分組合：供熱部分由區(qū)域的鍋爐房完成，發(fā)電部分則是用傳統(tǒng)的凝汽式汽輪機發(fā)電由鍋爐供汽，而制冷部分則是由電壓縮式制冷機完成。那么其主要能耗就是：區(qū)域鍋爐房的供熱一次能耗，凝汽式電廠發(fā)電的一次能耗，和電制冷機制冷的一次能耗三部分組成。(1)熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)供熱的一次能耗即：區(qū)域鍋爐房供熱的一次能耗(319)式中，—熱電冷三分產(chǎn)系統(tǒng)供熱的一次能耗，kW；—熱電冷三分產(chǎn)系統(tǒng)供熱量，kW；—熱電冷三分產(chǎn)系統(tǒng)區(qū)域鍋爐效率；—熱電冷三分產(chǎn)系統(tǒng)管道效率。(2)熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)制冷的一次能耗在熱電冷分產(chǎn)的系統(tǒng)中，制冷系統(tǒng)采用的是壓縮式制冷機，所以它的一次能耗即：(320)式中，—電壓縮式制冷機的制冷量，kW；—電壓縮制冷機耗電量，kW；—冷卻水泵、水冷泵和冷卻風(fēng)機總的耗電量，kW。(3)熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)電的一次能耗有前面知道，我們常采用的凝汽電廠發(fā)電，所以發(fā)電一次能耗為：(321)式中，—熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)電一次能耗，kW；—凝汽式電廠發(fā)電量，kW；—凝汽式發(fā)電廠的絕對內(nèi)效率。則由上面三部分組成的系統(tǒng)一次能耗為：(322)3.3各系統(tǒng)一次能耗比較下表將上述分析的兩種系統(tǒng)的各自能耗歸類在一起方便查閱。由于供熱機組選型不同，可以分別計算出各系統(tǒng)的一次能耗。聯(lián)產(chǎn)方案不同，需要計算得一次能耗不同。我們知道一次能耗的定義是：消耗一次能和產(chǎn)出的能量之比。表3-2各系統(tǒng)一次能耗表制冷一次能耗發(fā)電一次能耗供熱一次能耗熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)3.4本章小結(jié)本章建立了熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的計算模型，從一次能耗的角度分別分析了發(fā)電一次能耗，制冷一次能耗，供熱一次能耗，并將之與分產(chǎn)系統(tǒng)進行對比分析，完整的歸類了分析表格，掌握了一次能耗的計算方案。并確立了聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的組成方案，鍋爐帶動汽輪機發(fā)電加上背壓式汽輪機和吸收式制冷機。這種模型具有典型性以及可行性，分析當前國內(nèi)的境況是最適合我國的一種方案。近年來，我國不少電廠由原先的熱電聯(lián)產(chǎn)，開始進一步著手開始熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的改造，充分得理論說明可以幫助電廠進行改造的進行。第4章熱電冷聯(lián)產(chǎn)與熱電冷分產(chǎn)的實例計算一個工程項目的建設(shè)一定離不開經(jīng)濟性的評價，其目的是對整個項目投入的費用和產(chǎn)出效益進行對比分析，若不合理可以及時提出修改，當人們注意到這其中的差異，有利于為大家提供一個科學(xué)的決策角度，用理論依據(jù)告訴人民，熱電冷三聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)勢，只有增加了經(jīng)濟效益，人們才有去改造的意愿，可以說這是動力之一。對于我國工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化也會起到不小的幫助。本章將結(jié)合實例對于實際的工程應(yīng)用進行計算分析，從而判別出三聯(lián)產(chǎn)和分產(chǎn)的差異。4.1計算背景計算背景是以南方某工業(yè)園區(qū)熱電廠為例，由于園區(qū)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)用熱以及生活辦公區(qū)冷負荷需求，故其常年有穩(wěn)定的冷熱負荷需求，該熱電廠擬通過節(jié)能技術(shù)改造，將原先的熱電聯(lián)供系統(tǒng)改造成冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。它復(fù)雜向整個園區(qū)的企業(yè)供電，供熱和制冷。具體包括園區(qū)工廠的常用蒸汽，以及園內(nèi)辦公樓的空調(diào)制冷和生活用水。整個園區(qū)構(gòu)成一個充分利用能源梯級理論的，以三聯(lián)供為特色的新能源基地，成為行業(yè)標桿。在制冷方面，我們則利用的是吸收式制冷機為大廈和辦公樓供能，由于制冷機需要用電，故可以增加熱電廠的發(fā)電量，同時可以幫助電力公司節(jié)約大量的電力。4.2實例計算本文是基于熱電廠為模型的熱電冷三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，聯(lián)產(chǎn)部分利用鍋爐對飽和水加熱使其成為高溫高壓具有做功能力的蒸汽輸送給汽輪機用以發(fā)電，做完功的蒸汽在繼續(xù)供熱和制冷，我們采用的是背壓式汽輪機直接利用其背壓，其型號是B12-4.9/0.49。而制冷部分采用的則是SXZ4-950Z型雙效溴化鋰機組。其工作原理圖如圖1所示。4.2.1系統(tǒng)參數(shù)熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)則是熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)采用的是區(qū)域鍋爐房供熱、凝汽式發(fā)電和壓縮式制冷機組，壓縮機采用的是KA20C電壓縮式制冷機。如表1和表2所示，這是案例中熱電廠三聯(lián)產(chǎn)和分產(chǎn)的參數(shù)模型，計算時所需要用到的數(shù)據(jù)。表1熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)機組發(fā)電量12MW排氣參數(shù)0.49Mpa，199℃鍋爐出口蒸汽參數(shù)4.9Mpa/435℃鍋爐給水參數(shù)5Mpa，78℃鍋爐效率0.91制冷量9500kW管道效率0.95制冷機的熱力系數(shù)1.3汽輪機機械效率0.99制冷機的工作溫度7℃/30℃發(fā)電機效率0.97熱網(wǎng)效率0.97表2熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)電網(wǎng)效率0.95壓縮機效率0.73發(fā)電廠效率0.35拖動壓縮機的電機效率0.98廠用電率0.14分產(chǎn)供熱鍋爐效率0.76供電煤耗率349g/kW·h分產(chǎn)供熱管道效率0.92電壓縮制冷機制冷系數(shù)COP4由鍋爐出口的蒸汽參數(shù)，溫度為435℃，壓力為4.9MPa，由此我們通過焓熵圖可以查得焓值=3282.68kJ/kg由背壓式汽輪機排汽參數(shù)，溫度為199℃，壓力為0.49MPa，可以查得焓值=2853.51kJ/kg。由鍋爐給水參數(shù)，溫度為78℃，壓力為5MPa，可以查得焓值=330.48kJ/kg。我們知道，汽輪機發(fā)電機組它的功率方程為，故我們可以得到：==29.1kg/s吸收式制冷機的耗熱量為：吸收式制冷機需要消耗的蒸汽量為：熱用戶需求的蒸汽流量為：由此我們由計算得系統(tǒng)的供熱量為：則可知聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的發(fā)電量、制冷量和供熱量分別為1200kW，9500kW，67617.20kW。4.2.2熱電冷聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟性指標計算（1）聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的一次能耗率鍋爐輸入的熱量：kW系統(tǒng)的一次能耗為：（2）聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的煤耗量已知：煤的低位發(fā)熱量，故：（3）制冷劑的當量熱力系數(shù)4.2.3熱電冷分產(chǎn)系統(tǒng)經(jīng)濟性指標計算（1）分產(chǎn)系統(tǒng)的一次能耗率區(qū)域供熱的一次能耗率：（2）分產(chǎn)制冷的一次能耗率：（3）分產(chǎn)發(fā)電的一次能耗率：綜上所述：分產(chǎn)系統(tǒng)的一次能耗率為：=（2）分產(chǎn)系統(tǒng)的煤耗率a）分產(chǎn)制冷的煤耗量電壓縮式制冷機的耗功：制冷機的電耗：kW由此我們可以得到：b）分產(chǎn)供熱的煤耗量c）分產(chǎn)發(fā)電的煤耗量綜上分產(chǎn)系統(tǒng)的總煤耗量：（3）制冷機的當量熱力系數(shù)：通過計算，由上一章可知基于熱電廠的熱