薛景傑範江王若霞 [山西河津鋁廠太原理工大學] 2003-07-08
現在，多數熱電廠冬、夏兩季的熱負荷是不平衡的，往往是夏季熱負荷小於冬季熱負荷，由於夏季熱負荷的減少，熱電廠中的熱電聯產節能效益受到了影響。因為，熱電聯產之所以能夠節能，是由於它的生產方式是按質用能，先將化學能轉化為高品位的熱能用於發電，然後將已作過功的低品位熱能用於供熱，與分產方式相比，熱化發電沒有冷源熱損失，迴圈熱效率等於一，故產生了發電節能效益。顯然，獲取這一效果的前提是必須有熱負荷。
如果供熱式機組失去了熱負荷，熱電廠不但沒有節能效益，全廠的年平均發電煤耗率反而會增大，發電量還將減少。例如，對於抽汽凝汽式機組，在發電功率不變的情況下，夏季熱負荷的減小，將使得機組的熱化發電量減少，凝汽流發電量增加。由於在供熱機組的通流部分存在著調整熱負荷量和引數的調節機構，使得其凝汽流的發電煤耗率比同容量、同引數的凝汽式機組的發電煤耗率還大，造成熱電廠的發電煤耗率增加；對於背壓式機組，由其「以熱定電」的特點可知，在夏季熱負荷減小時，就不只是減小了熱化發電量，而是減小了熱電廠的總輸出電功率，同時因為背壓機組偏離設計工況，機組的煤耗率還將明顯增大。
可見，熱電廠夏季熱負荷的減小，將減小熱電廠的全年節煤量，影響熱電廠的經濟效益。為此，應設法增加夏季熱負荷量，充分發揮熱電廠熱電聯產的節能優勢。
1、熱負荷對熱電廠節能效益的影響
前面只是定性分析了熱負荷對熱電廠節能效益的影響，本節將通過對國產c12－50/10型次高壓12mw抽汽凝汽式供熱機組的數值計算，進行定量分析。國產c12－50/10型次高壓12mw抽汽凝汽式供熱機組的原則性熱力系統如圖一所示。其設計引數為：
進汽壓力po=4.9mpa、進汽溫度to=470℃、排汽壓力po=0.005mpa、額定供熱抽汽量dt=50t/h、最大進汽量do=119.
6t/h、額定調整抽汽壓力pt=1.02mpa(可在0.78～1.
27mpa範圍調整)。
根據機組的變工況計算結果由回歸分析得出，該機組在回熱系統正常執行的供熱工況下，標準煤耗特性方程為：
bs=0.2264＋0.06191×dt＋0.4142×n＋
0.0198×pt×dt＋6.574×10－3×pt×
n－3.11×10－4×dt×n (1)
供熱標準煤耗特性方程為：
bt=－0.05737＋0.01555×pt＋0.1002×
dt－8.543×10－4×p2t－9.054×10－6
×d2t＋6.502×10－4×pt×dt－6.593
×10－5×dt×n (2)
機組在回熱系統正常執行的純凝汽工況下，標準煤耗特性方程為：
bs=0.3255005＋0.405×n(3)
式中，pt--調整抽汽壓力，單位：mpa
dt--供熱抽汽量，單位：t/h
bs--機組的標準煤耗量，單位：t/h
bt--機組的供熱標準煤耗量，
單位：t/h
n--發電功率，單位：mw
在定量分析熱負荷對熱電廠發電煤耗率的影響時，本文對熱電廠總熱耗量的分配採用了我國目前在理論分析上普遍採用的熱量分攤法。應用式(1)和式(2)計算了在維持發電功率為12.0mw、抽汽壓力為0.
88mpa不變情況下，不同熱負荷的發電煤耗量。計算結果見表一。
表一注：bs·e--機組的發電煤耗量，單位：t/h
bs·e--機組的發電煤耗率，單位：kg/kwh
從表一中的計算結果可見，熱電廠中供熱機組的熱負荷量直接影響著熱電廠發電煤耗率的大小，當機組的熱負荷小到某一數值時，發電煤耗率將大於全國電網的平均發電煤耗率，使得熱電聯產的發電不但不節煤，反而多耗許多煤，尤其是在純凝汽工況下執行。再過若干年，當我國電力**緊張狀況有所緩解時，各電廠的機組上網將展開競爭，正常情況下，電網排程是不會允許小容量供熱機組在純凝汽工況下執行上網的，這將直接影響電廠的經濟收入。顯然，開發夏季熱負荷對熱電廠獲取大的經濟利益是非常必要的。
2、利用溴化鋰製冷技術開發熱電廠的夏季熱負荷
目前，隨著人民生活水平的不斷提高和工廠勞動環境的改善，夏季安裝空調的場所越來越多，製冷耗電量幾乎佔民用耗電量的百分之十。這一急劇增長的夏季空調用電負荷，加劇了我國目前的電力**緊張狀況。而此時的部分熱電廠則由於熱負荷的減少，使部分供熱機組不能執行或不能滿負荷執行，減少了電網的供電量，使本來就緊張的電力**更加緊張。
因此，某些地區的熱電廠，為了滿足用電負荷，在夏季熱負荷減少時，竟然有背壓機組排空發電的現象，不僅造成能源的浪費，還帶來了雜訊的汙染。
溴化鋰製冷技術，是吸收式製冷技術的一種，它以水為製冷劑、溴化鋰溶液為吸收劑，製取攝氏零度以上的低溫水。在整個製冷過程中，主要消耗的是熱能，電能消耗僅是電動製冷機用電量的2％～3％。利用溴化鋰製冷機的這一特點，可在夏季採用熱電廠具有一定溫度、壓力的熱化蒸汽，作為溴化鋰製冷機的動力，開發熱電廠的夏季熱負荷，實行熱、電、冷聯產。
顯而易見，這樣既節約了大量的電能，緩解了夏季電負荷的緊張狀況，又改善了供熱機組的執行工況，增大了熱電廠的對外供電量和熱化發電比，使熱電廠的全年平均供電煤耗率減小，若製冷部分亦能節約能源，將進一步加強熱電廠在市場的競爭能力。
3、熱電廠實行冷、電聯產的節能效益分析
本文在分析計算中，聯合能量生產方式的能耗以熱電廠的小時標準煤耗量為基準，計算供熱式機組在發n(kw)的電和同時供qt(gj/h)的熱時，熱電廠的標準煤耗量。即：bs=f(n,qt)，式中，n為供熱機組的發電功率，qt為供熱機組的對外供熱量；bs為熱電廠的小時標準煤耗量。
為滿足能量**水平相等的條件，分別能量生產方式的能耗，以與熱電廠的供熱式機組發相同的電量、供相同的熱量、製取相同的冷量所耗的小時標準煤耗量的和計取。
本文中定義的冷、電聯產是指：用供熱機組中已做過部分功的抽汽作為溴化鋰製冷機的工作蒸汽去製取冷量，實現冷、電聯產。冷、電聯產的節能效益分析較熱電聯產的有所不同。
如果將溴化鋰製冷機只簡單地看作是供熱機組的熱使用者，其性質仍屬於熱電聯產，就熱電廠發電、供熱部分而言是節能的。然而事實上，冷負荷的製取與熱負荷不同。在分別能量生產方式下，熱負荷除由鍋爐裝置生產供給外，通常情況下，別無其它更經濟可行的方法；而冷負荷除由吸收式冷水機組提供外，還可由高效的電動壓縮式製冷機製取。
因此，正確地分析冷、電聯產的節能效益，必須與分產方式下的高效電動壓縮式製冷系統的能耗進行比較。目前，國內使用的效能較好的電動壓縮式製冷機的製冷係數在4.0左右。
下面以國產c12－50/10型次高壓12mw抽汽凝汽式機組在夏季進行冷、電聯產，與以高效電動壓縮式製冷機製冷、次高壓12mw抽汽凝汽式機組供電的分別能量生產方式進行比較，分析熱電廠在夏季實行冷、電聯產的節能效益。
現假設在夏季工況下，工藝熱負荷為零，將50t/h的供熱抽汽全部用於溴化鋰製冷機製冷。選上海－冷開利空調裝置****的溴化鋰雙效吸收式冷水機組，該機組在工作蒸汽壓力為0.78mpa、冷水出口溫度為7℃、冷卻水進出口溫度分別為32℃和38℃工況下的熱力係數為1.
37。由此可計算出50t/h的抽汽可製取冷量為：
qo=(3049.5－738.5)×0.98×1.37×50×103/3600=43.095 mw
式中，3049.5kj/kg和738.5kj/kg分別是0.88mpa抽汽壓力下的抽汽焓和飽和水焓。
顯然，若熱電廠採用冷電聯合生產，在發12.0mw的電和用50t/h的機組抽汽製取43.095mw的冷量時，由機組的煤耗特性方程(1)可求得，機組的小時標準煤耗量為9.046噸。
如果在夏季熱負荷為零的情況下，不用供熱機組的抽汽去製冷，而是採用冷電分別生產方式，用電動壓縮式製冷機製取43.095mw的冷量，用c12－50/10型供熱機組發12.0mw的電。
此時，供熱機組處於最不利的純凝汽工況執行。在機組的發電功率為12.0mw時，由機組的煤耗特性方程(3)可求得，機組的小時標準煤耗量為5.
186噸。
當取電動壓縮式製冷機的製冷係數為4.0，電網供電煤耗率和線損率分別取作0.4kg/kwh和8.26％時，製取43.095mw的冷量所需的標準煤耗量為：
bs=43.095×0.4/(4.0×0.9174)=4.70 t/h
遵照能量**水平相等的原則進行計算，採用分別能量生產方式製取43.095mw的冷量和發12.0mw的電，所需的標準煤耗量應為：
5.186＋4.7=9.
886t/h，即冷電分產方式每小時將比冷電聯產方式多耗標準煤0.84噸。如果取夏季空調製冷工況的執行小時數為1200，則採用冷電聯產乙個夏季就可節約標準煤1008噸、人民幣10萬元左右。
可見，若熱電廠在夏季將富餘的供熱能力用於製冷，不但可使供熱機組有良好的執行工況，而且可節約不少的標準煤。
4、小結
目前，在保護大氣臭氧層的呼聲中，溴化鋰吸收式製冷機組得到了許多國家的青睞，並迅速地發展起來，現已有三效蒸汽型溴化鋰吸收式製冷機組問世，熱力係數得到進一步提高，這為冷電聯產的節能創造了條件。熱力係數的大小，對於冷電聯產的節能是至關重要的。就本文的計算例子而言，如果熱力係數小於1.
095，冷電聯產就不會節煤了。
以上的計算分析已充分表明，熱電廠利用供熱機組的抽汽供熱餘量，作為溴化鋰製冷機的工作蒸汽去製取冷量，進行冷、電聯產，有以下種種優勢：
(1)從社會角度講，具有節電效益、環境效益和節能效益；
(2)對熱電廠而言，供熱機組的執行工況得到了改善，熱化發電量增多，使全廠的發電煤耗率減小，對外的總輸出電功率增加，增強了熱電廠在市場上的競爭力。故熱電廠應充分發揮自身優勢，實行熱、電、冷聯產。
(3)減少了電網夏季電負荷的峰值和頂峰發電容量，改善了電網執行和裝置投資。
參考文獻
[1] 王恩堂，孫巨集元：冷、熱、電聯產系統的能源分析，《製冷》1995(3)
[2] 範江：鞍山熱電廠熱、電負荷的合理分配及經濟執行方式的研究，《西安交通大學碩士**》
作者單位：薛景傑（山西河津鋁廠）
範江王若霞（ 太原理工大學）
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