关于我们 | English | 网站地图

张兴梅:提高建筑冷热电联供系统能源综合利用率

2011-08-24 08:28:36 中国能源网

中国能源网 (8月23日 青岛)由中国能源网携手中国企业投资协会、中国电机工程学会、中国资源综合利用协会、中国城市燃气协会、中国沼气学会、中国可再生能源学举办的以“关注改革 倡导节能 推动分布式能源快速发展”为主题的“2011中国分布式能源国际研讨会暨展览会”8月23日在青岛隆重开幕。

在23日下午进行的“清洁能源的分布式应用及发展趋势”分论坛中,航天-中燃-哈工大分布式能源系统联合研究室教授张兴梅发表了题为“提高建筑冷热电联供系统能源综合利用率”的精彩演讲。

\

以下为发言实录:

大家下午好,航天-中燃-哈工大分布式能源系统联合研究室做一个简单发言,是从技术角度,题目是提高建筑冷热电联供系统能源综合利用率,分五个方面做介绍。

建筑冷热电联供(或称分布式能源)是指在用户端实行冷量、热量、电能联供的技术。由于这项技术实现了能量梯级利用,一次能源利用率高,减少能量的输送能耗,减少污染物的排放,平抑电网负荷和燃气管网负荷的不平衡,以及提高用能的安全性等方面的优点而被人们所关注,被认为是能源技术中重要的发展方向。近年来,分布式能源在我国也有较快的发展,已有许多实际工程的应用实例。在设计、使用冷热电联供系统时,总希望尽可能提高能源的利用率和获得更大的经济效益。

提高燃气发电机组余热利用率是提高分布式能源综合利用率的关键。影响余热利用率的因素很多,如用户对热、电或冷、电的需求是否同步?分布式能源产出的热量与电量之比(热电比)或冷电比是否与用户需求的热电比或冷电比相匹配?产出与需求间的矛盾都可能出现余热无法利用而被排放掉,从而导致能源利用率降低。因此冷热电联供系统的配置、容量、余热利用设备的性能、运行模式、控制等都影响能源综合利用率。除此之外,余热形式与温度也对能源综合利用率有影响。烟气是燃气发电机组一种主要的余热形式。显然,发电机组烟气的温度愈高,愈利于余热利用。因为,烟气的余热利用设备的烟气排出温度都有要求,例如,用于烟温为500℃的BE型双效烟气型溴化锂吸收式冷热水机组(简称双效烟气机),制冷时的排烟温度为160℃,实际利用热量占烟气总余热量的71.6%;用于烟温为300℃的BDE型单效烟气机,制冷时的排烟温度为130℃,实际利用热量占烟气总热量的61.8%。不仅如此,烟温高,烟气机的制冷性能系数(制冷量/消耗的热量)高,即同样的热量转换成制冷量就大。根据BE型和BDE型样本数据推算,当余热烟气温度为500℃,采用双效烟气机时,其烟气总余热量转换为制冷量的比率约为1:1;当余热烟气温度300℃,采用单效烟气机时,其烟气总余热量转换为制冷量的比率约为1:0.5,这样必然导致烟气余热用于制冷时的能量综合利用率的降低。

发电机组的另一种余热形式为热水,如内燃机既有烟气余热,又有热水(内燃机中的冷却水)余热。内燃机通常有不同温度的冷却水,不同公司所生产的内燃机冷却水的温度及种类并不相同,但一般都分为两类——高温冷却水和低温冷却水。高温冷却水一般在90℃左右,可用于制冷或供暖;低温冷却水一般在40℃左右,基本上无直接利用的价值。

目前国内在建筑冷热电联供系统中常用的发电机组中的原动机有燃气内燃机、微型燃气轮机和小型燃气轮机。内燃机发电机组的发电效率较高,一般都大于40%,烟气温度350~500℃;小型燃气轮机发电机组的发电效率一般为24%~38%,烟气温度约500℃;微型燃气轮机发电机组的发电效率一般为24%~33%,烟气温度约300℃左右。

配置高性能的烟气机,提高能源综合利用率

在民用建筑中应用冷热电联供技术,余热主要的用途是夏季给建筑供冷,冬季供暖。在南方地区,供冷的运行时间多于供暖运行的时间,因此,更应注意选用性能优良的烟气型吸收式制冷机。下面通过实例来进行分析。

例1,建筑冷热电联供系统采用Caterpillar G3412C型内燃机发电机组。该机组发电量为360kW,机组消耗天然气热量为1117kW。高温热水329kW,热水温度99℃,烟气量2040Nm3/h,烟气温度345℃,设高温热水采用热水型溴化锂吸收式制冷机进行制冷,选用BDH系列单效型机组。该机组的制冷性能系数约为0.76,因此高温热水可获得制冷量250kW。在BE和BDE烟气机的样本中,BE型双效烟气机烟温在400~500℃范围内有性能数据;BDE单效烟气机烟温在260~300℃范围内有性能数据。此内燃机的烟温为345℃,只能估计其制冷量。设选用BDE单效烟气机,按机组制冷量随烟温变化的规律,2040Nm3/h烟气大约可获得制冷量153kW。[page]

烟温345℃的烟气适宜采用国外的CH-KE型双效烟气机,该机可用在烟温200~340℃范围内。当烟温为340℃时,单位烟气量的制冷量为0.088kWh/Nm3。因此2040Nm3/h烟气量可获得制冷量180kW。

例2,建筑冷热电联供系统采用Capstone C65微燃机发电机组。该机的发电量65kW,发电效率29%,烟气量0.49kg/s,烟气温度309℃,消耗天然气热量224.1kW。同样设采用两种不同的烟气机进行比较。如采用BDE型单效烟气机,估计可获得制冷量73kW,能源综合利用效率0.62。如采用CH-KE型双效烟气机,估计可获得制冷量112kW,则能源综合利用率0.79,规定的大于70%的要求。

由此可见,配置高效能的余热利用设备将会提高能源综合利用率。上两例中,CH-KE双效烟气机的性能系数为1.02,而BDE单效烟气机的性能系数为0.79。除此之外,CH-KE型双效烟气机还增加了烟气/溶液热交换器,进一步降低了排烟温度,也就是说充分利用了烟气中的热量。目前国内有待开发用于温度为300℃左右烟气的高性能的双效烟气机,以适应国内分布式能源的发展。

降低排烟温度,充分利用余热

目前用于烟气制冷的烟气机排烟温度均在100℃以上。如适用与烟温500℃左右的双效烟气机,其排烟温度为160℃;适用于烟温300℃左右的单效烟气机排烟温度为130℃;即使增设了烟气/溶液热交换器的CH-KE型双效烟气机制冷时的排烟温度为115℃。如此高温度的烟气不仅有不少显热可利用,而且还有可观的潜热可利用。目前燃气锅炉中有一种称为冷凝式燃气锅炉,就是降低排烟温度,充分利用排烟中的显热和潜热。普通的燃气锅炉,以低位发热量计的热效率可达到108%。热效率大于100%似乎是不可能,其实是由于利用了燃气高位发热量中的潜热的结果。

利用烟气中的潜热的方法是对烟气进行冷却,当烟气温度降到露点以下时,烟气中水蒸气凝结,释放出潜热。燃气高位发热量中的潜热可根据天然气成分计算获得。对天然气进行估算,其潜热约为低位发热量的10%。

排烟余热利用方案

一,用排烟余热制热水。这是最简单的利用方法,只需设置烟气/水换热器即可实现,热水的用途有:宾馆、医院、疗养院等的生活热水供应;公共浴池、洗衣房等热水供应;游泳池的池水加热等。

一般的热水供应热水温度60℃,进水温度5℃。这样每kWh热水量可生产热水15.6kg/kWh。例1中采用双效烟气机的排烟温度115℃,烟气温度冷却到50℃,可回收热量139.7kW,则可生产2179kg/h 60℃热水。根据文献[2]计算公式,这些热水量可供70个床位医院的热水供应。

烟气余热可作游泳池的补充加热用。其热量用于补充池水蒸发和池壁、管道、设备等传热损失,以及游泳池补充水的加热。

二,排烟余热作热泵的低位热源。热泵有吸收式热泵和电驱动热泵。燃气发电机组排出的高温烟气作烟气型吸收式热泵的驱动热源,其排烟经热交换器加热中间介质(如水),从而把烟气温度降到30℃左右。中间介质把从排烟中回收的显热和潜热转移给热泵的蒸发器,热泵产出中间温度(低于高温烟气温度,高于排放烟气温度)热水供建筑采暖。从而把发电机组烟气中的热量(包括显热和潜热)几乎全部利用了。热泵同时配置有其他低位热源,如江河水、地下水、土壤、城市污水等。这低位热源也是吸收式热泵在夏季改为制冷运行时的冷却介质。在夏季制冷运行时,烟气机的排烟余热就不利用了。

电动热泵可以是发电机组所发的电驱动或由市电网的电驱动。发电机组的高温烟气驱动烟气型吸收式冷热水机组,夏季供冷,冬季供热。烟气机在冬季运行时的排烟通过热交换器回收其中的显热与潜热,作电动热泵的低位热源。电动热泵在夏季进行制冷,烟气机的排烟余热不再利用。

三,排烟余热作除湿机热源。利用物质吸收或吸附的原理均可以实现对空气除湿(或称去湿、干燥)。但溶液或吸附剂吸收或吸附水分后需要用热量来去除所吸收或吸附的水分,称为再生。目前用于建筑中空气除湿的氯化锂转轮式除湿机通常需要120℃的空气来驱除所吸收的水分。一般都采用蒸汽、电作能源来加热再生用的空气。生空气(即室外空气)经热交换器被排烟所加热,要求加热到120℃。如因排烟温度低而无法加热到此温度时,也可以加热到低于120℃的某个温度,但此时除湿机的除湿能力降低。空气经除湿机去湿后,温度升高,因此需设空气冷却器对空气进行冷却。这种系统不仅适宜用于空调中对新风进行除湿,

很适宜用于要求低湿的环境,如饼干、糖果等食品生产,一些药品生产过程,化工、军工、电子工业等需要低湿环境的工艺。

所以,一,当烟气用于制冷时,采用高性能的烟气机将有效地提高冷热电联供系统的能源综合利用率。分别计算两种烟气温度约300℃的发电机组,采用高性能烟气机后,可使能源综合利用率分别提高6个和13个百分点。

二,烟气机的排烟温度一般都在100℃以上,蕴藏着大量的潜热和余热,充分利用这些热量,将有效地提高冷热电联供系统的能源综合利用率。

三,排烟余热回收后可用作热水供应、热泵的低位热源、空气吸收或吸附除湿的再生热量或其他工农业生产过程用热。
 



2018未来能源大会将于2018年1月12日在北京举办,详情请点击
http://www.china5e.com/subject/show_1134.html


责任编辑: 中国能源网

标签: 张兴梅 建筑 冷热电联产 分布式

更多

行业报告 ?