第九章 城市冷热电联.docx

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第九章城市冷热电联

第九章城市冷热电联产

9—1城市冷热电联产概论

随着工业的发展和人民生活水平的提高，既需供热又需供冷的城市公用建筑大量增加，一些城市已发展了一批以热电厂为热源的集中供热与供冷系统，溴化锂制冷负荷的增加，使热电厂的综合效益明显提高，现已出现迅速增加热、电、冷联产的势头。

冷热电联产是在能源中心同时生产电能（或机械能）、热能和冷媒水的一种联合生产方式。

它是由热电联产发展而来，是热电联产技术与制冷技术（吸收式或压缩式）的结合。

9—1—1冷热电联产系统原理

就我国目前现状来讲，冷热电联供系指以煤为能源的热电厂在利用汽轮机组发电的同时，充分利用汽轮机的抽汽或背压排汽于冬季向用户供热，夏季作为吸收式或压缩式制冷机的热源制备冷水向用户供冷。

冷热电联供系统实现了能量的逐级利用．提高了一次能源利用牢．能源的综合利用效率可达70％—85％左右，因此该系统也称为全能系统。

而热电分产时综合能效仅为40％左右。

图9－1为冷热电联产系统原理图。

图9—1冷热电联产系统原理图

9—1—2冷热电联产系统特点

传统动力系统的技术开发以及商业化的努力主要着眼于单独的设备，例如，集中供热、直燃式中央空调及发电设备。

这些设备的共同问题在于单一目标下的能耗高，在忽视环境影响和不合理的能源价格情况下，具有一定的经济效益。

但是，从科学技术角度出发，这些设备都尚未达到有限能源资源的高效和综合利用。

冷热电联产（CCHP）是一种建立在能的梯级利用概念基础上，将制冷、供热（采暖和供热水）及发电过程一体化的多联产总能系统，目的在于提高能源利用效率，减少碳化物及有害气体的排放。

与集中式发电——远程送电比较，CCHP可以大大提高能源利用效率。

大型发电厂的发电效率一般为35%~55％，扣除厂用电和线损率，终端的利用效率只能达到30~47%。

而CCHP的能源利用率可达到90%，没有输电损耗；另外，CCHP在降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力，据有关专家估算，如果从2000年起每年有4%的现有建筑的供电、供暖和供冷采用CCHP，从2005年起25％的新建建筑及从2010年起50％的新建建筑均采用CCHP的话，到2020年的二氧化碳的排放量将减少19%。

如果将现有建筑实施CCHP的比例从4%提高到8%，到2020年二氧化碳的排放量将减少30%。

目前从我国经济发展水平和居民收入水平看，城镇已进入暖通空调大发展时期，我国在暖通空调方面有可能实现跨越。

1、小型电站是21世纪的新电源，最具经济潜力。

用高科技武装起来的小型电站、CHP（热电联产系统）以及CCHP，耗能低、可靠性高、效率高、低排污，具有很大的优越性，是提高能源利用效率、降低冷热电成本和保护生态环境的重要措施。

应当重视大电网与众多小型分布式电站相结合的研究。

2、严格控制楼宇采暖用大型热电联产电厂和供热网的建设。

世界上对于楼宇（包括商用建筑、写字楼、公寓和住宅小区）采暖供热有两种模式，欧美国家大都采用分散式的采暖设施，现在正向小型冷热电联供（CCHP）的方向发展。

而原苏联、东欧等国家主要是学习原苏联模式采用大型热电厂、大中型锅炉房和大型热网。

现在看来修建大型热电厂、大中型锅炉房和大型热网专门供商用、写字楼、公寓和住宅小区传热是极不经济的。

今后大型热电厂主要应用于有稳定热负荷的工业企业。

楼宇采暖应当因地制宜采用多种方式解决。

3、加快发展天然气、煤层气，积极引进液化天然气和管道天然气。

有充足的燃气供应是发展分布式小型CHP、CCHP的前提条件，在有天然气供应的地方应当优先用于发展CHP和CCHP。

有便宜电力供应的地方，可以及时利用低谷的地方，可以发展蓄冰空调、蓄热式电热锅炉；有的地方可以发展电力空调、电采暖器和电热水器。

总之，要从节能、经济、环境保护的原则出发，因地制宜。

4、加强冷热电联产（CCHP）的研究和推广工作。

美国为发展冷热电联产采取了更新经营模式、联合研究和政策扶植等措施，并编制了长达20年的研究发展目标。

我国如要发展小型CHP、CCHP也应组织联合攻关，政府扶持。

9—1—3冷热电联产系统方案选择

典型冷热电三联产系统一般包括：

动力系统和发电机（供电）、余热回收装置（供热）、制冷系统（供冷）等。

针对不同的用户需求，冷热电联产系统方案的可选择范围很大；与热、电联产技术有关的选择有蒸汽轮机驱动的外燃烧式和燃气轮机驱动的内燃烧式方案；与制冷方式有关的选择有压缩式、吸收式或其它热驱动的制冷方式。

另外，供热、供冷热源还有直接和间接方式之分。

在外燃烧式的热电联产应用中，由于背压汽轮机常常受到区域供热负荷的限制不能按经济规模设置，多数是相当小的和低效率的；而对于内燃烧式方案，由于技术的不断进步，已经生产出了尺寸小、重量轻、污染排放低、燃料适应性广、具有机械效率和高排气温度的燃气轮机，同时燃气轮机的容量范围很宽，从几十到数百KW的微型燃气轮机到300MW以上的大型燃气轮机，它们用于热电联产时既发电又产汽，兼有高发电效率（30%~40%）和高的热效率（70%~80%）。

现在，在有燃气和燃油的地方，燃气轮机正日益取代汽轮机在热电联产中的地位。

压缩式制冷是消耗外功并通过旋转轴传递给压缩机进行制冷的，通过机械能的分配，可以调节电量和冷量的比例；而吸收式制冷是耗费低温位热能来制冷（根据对热量和冷量的需求进行调节和优化），把来自热电联产的一部分或全部热能用于驱动吸收式制冷系统。

目前最为常见的吸收式制冷系统为溴化锂吸收式制冷系统和氨吸收式制冷系统。

前者制冷温度由于受制冷剂的限制，不能低于5℃，一般仅用于家用空调；后者的制冷温度范围非常大（+10℃~－50℃），不仅可用于空调，而且可用于0℃以下的制冷场所。

同时，氨吸收式制冷系统可以利用低品位的余热，所需热源的温度只要达到80℃以上就能利用，从而使能源得到充分合理的利用；而且氨吸收式制冷系统还具有节电、设备易于制造和维修、对安装场所要求不高、系统运行平稳可靠、噪声小、便于调节、可以在同一系统内提供给用户不同温度的冷量、单个系统的制冷量很大等优点。

值得强调的是：

简单的分布式供电是不合理的，而冷热电三联产系统（CCHP）热力过程更加符合能的梯级利用原则，通过吸收式制冷循环和供热循环的有机结合，使系统内的中低温热能得以合理利用，相对于分产系统能量利用率可提高30~50％。

可以预见，随着天然气的广泛应用、电力垄断的逐步解体、环境保护要求提高和可再生能源利用技术水平的提高，不仅我国边远地区和西部地区的分布式供电将得到极大的发展，而且小型化的分布式供电（特别是具有能量-资源利用合理、环保性能优良、冷热电负荷分配灵活等优势的冷热电联产）将成为中国城市现代化的重要动力。

毫无疑问，分布式供电将成为未来能源领域的—个重要的新方向。

9—2热电联供系统装置

在热能供应范畴中，凡是将天然气或人造德含能形态转化为符合供热系统要求参数德热能设备与装置，通称为热源。

热电厂是联合生产电能贺热能的发电厂。

联合生产电能和热能的方式，取决于采用供热汽轮机的型式。

供热汽轮机主要有两种型式：

背压式汽轮机和抽汽式汽轮机

9—2—1背压式汽轮机

排汽压力高于大汽压力的供热轮机称为背压式汽轮机。

背压式汽轮机的热能利用效率最高，理论上达到100％，但是由于热、电负荷相互制约，它只适用于承担全年或供暖基本热负荷的供热量。

背压式汽轮机是将汽轮机的排汽供热用户使用的汽轮机。

主要特点是在设计工况运行时的经济性能好，节能效果明显。

另外，它的结构简单，投资少，运行可靠。

主要缺点是发电量取决于供热量，不能独立调节同时满足热用户和电用户的需要。

因此，背压式汽轮机多用于有稳定的基本热负荷的热电厂。

图9－2是一个具有双抽式供热汽轮机的热电厂的热力系统示意图，下面简要说明热源部分的工作过程。

供汽轮机上有许多个抽汽口，其中多数是不可调节的抽汽口。

它的抽汽量是随汽轮机的负荷变化的。

双抽式供热汽轮机有两个可调节抽汽口。

它的抽汽量可以调节使其不随汽轮机的负荷变化而变化，因而可以保证供气量随用户的要求而变化，又能在一定范围内不影响发电量。

图9－2中的双抽式供热汽轮机，其高压可调节抽汽压力同常为0.785～1.27MPa（绝对压力），主要用来向用户供应高压蒸汽，满足生产工艺用热量。

低压可调节抽汽口的抽汽压力，通常为0.118～0.245MPa（绝对压力）。

抽出的蒸汽，大部分送进主加热器（基本加热器）4，用来加热网络回水。

被主加热器加热的网路水，如供水温度尚不能满足热水网路供热调节曲线图所要求的供水温度，则再送入高峰加热器5进一步加热到所需的温度。

高峰加热器所需的蒸汽量，可由高压抽汽口或直接由锅炉新汽经减压加湿装置6直接供应。

为了保证在汽轮机检修或事故时仍能供热，蒸汽管道上设置了备用的减压加湿装置7。

图9－2双抽式供热汽轮机的热电厂的热力系统示意图

A－高压可调节抽汽口B－低压可调节抽汽口

1－锅炉；2－蒸汽汽轮机；3－发电机；4－主加热器；5－高峰加热器；6、7、25－减压加湿装置；8－膨胀箱；9－凝结水泵；10－除氧机；11－水处理站；12－给水泵；13－网路补水泵；14－网路补水压力调节器；15－网路循环水泵；16－除污器；17－低压预热器；18－高压预热器；19－凝结水泵；20－锅炉给水泵；21－凝结水泵；22－射流预热器；23－膨胀箱；24－冷凝器

在高峰加热器中产生的凝结水，可经疏水器后进入主加热器，或先进膨胀水箱8进行二次汽化，产生的蒸汽在送入主加热器的蒸汽管道，余下的凝结水与主加热器的凝结水一起由凝结水泵9直接送入锅炉给水的除氧器10进行处理。

从蒸汽网路系统回来的凝结水，回到热电厂的水处理站11。

再用锅炉补水给水泵12输送到除氧器去。

通过热水网路的补给水泵补水13，将已经水处理的补给水补进热水网路，并通过设置再补水管路上的压力调节器14，来控制热水网路的压力工况。

由汽轮机可调节抽汽口送出的蒸汽，除了一部分向外输送通过加热器加热网路水外，通常还有一部分送入热电厂内部回热系统来加热锅炉给水。

由汽轮机不可调节抽汽口送出的蒸汽，用来加热锅炉给水。

这种利用汽轮机抽汽加热锅炉给水的方法称为回热加热。

在电厂中用来进行回热加热的全套设备称为回热系统。

设置回热系统的目的在于提高电站的热效率。

进入回热系统的汽轮机已在汽轮机做功发电，但它的冷凝潜热并没有被冷凝器24带走，而被锅炉给水带回了锅炉，因此，减少电厂的冷源损失，提高了电厂的效率。

图9－2的热力系统图中的回热系统是由低压预热器17，除氧器10及高压预热器18等组成。

低压预热器与高压预热器之间的锅炉给水管路被除氧器隔开，因而低压预热器只承受凝结水泵19的压力，但高压预热器却承受锅炉给水泵20的高压。

低压预热器的凝结水通过凝结水泵21送进除氧器，高压预热器的凝结水压力高于除氧器的压力，凝结水自流进除氧器。

图9－2中还有射流预热器22。

它由汽射气泵（图中未画出）及表面式加热器所组成。

汽射气泵的作用是利用高压蒸汽抽引汽轮机冷凝器中的气体，使其保持真空（4～6kPa）。

由汽射气泵中排出的混合气体，送入表面式加热器22预热锅炉给水后，蒸汽冷凝，空气则排入大气。

为了充分利用锅炉排污水的能力，如图所示，锅炉排污水在膨胀箱23中进行二次蒸发，将其二次蒸汽送入回热系统中加以利用。

9—2—1抽汽式汽轮机

从汽轮机中间抽取对外供热的汽轮机称为抽汽式汽轮机。

这种类型的机组，有带一个可调节抽汽口的机组（通常称为单抽式供热汽轮机）和带高、低压可调节抽汽口的机组（通称为双抽式供热汽轮机）两种型式。

抽汽式汽轮机的最大优点是抽汽量的多少不影响额定发电功率，亦即热、电负荷不相互制约，因而运行灵活。

但由于热力循环过程中仍有冷凝器的热损失，热能利用效率低于背压式机组。

特别是当抽汽量减少时，为了保证额定发电功率，进入冷凝器的汽量增多，冷源损失增加；而且，由于抽汽式汽轮机增设了节流机构亦调节抽汽量，汽轮机内的相对效率降低，甚至比同参数同容量的纯凝汽式机组的