呂 太，姜 玥，崔偉峰

(1.東北電力大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，吉林 吉林 132012；2.國網(wǎng)大連供電公司，遼寧 大連 116001)

熱電聯(lián)供將高品位的蒸汽用于發(fā)電，汽輪機的抽汽或背壓蒸汽用于供熱，實現(xiàn)了能源的梯級利用，同時避免了汽輪機排放的冷凝熱對環(huán)境造成的熱污染[1～2].但是，熱電聯(lián)供的前提是要有足夠的熱負荷，對于包含采暖熱負荷或以采暖為主要熱負荷的供熱機組，冬夏用汽不均衡，在夏季熱電機組的發(fā)電量受到用汽負荷的限制，不僅發(fā)電量減小，而且單位發(fā)電量的煤耗增大，使熱電聯(lián)供的效益不能充分發(fā)揮出來[3～4].為此，將熱電聯(lián)供與溴化鋰吸收式制冷技術(shù)結(jié)合起來，使熱電廠在生產(chǎn)、供應(yīng)熱能和電能的同時，也生產(chǎn)供應(yīng)冷能，實現(xiàn)冷熱電聯(lián)供[5～6].

單純從能源利用效率來講，以熱制冷并不節(jié)能[7～9].但如果用熱制冷結(jié)合熱回收制冷系統(tǒng)冷凝熱，則一定是節(jié)能的.本文針對熱電廠提出冷熱電聯(lián)供+換熱器回收余熱方案、冷熱電聯(lián)供+熱泵回收余熱、冷熱電聯(lián)供+換熱器與熱泵結(jié)合回收余熱三種方案，并對有熱回收的冷熱電聯(lián)供三種方案與熱電聯(lián)供+電制冷的方案應(yīng)用混合層次關(guān)聯(lián)分析法進行了綜合評價.

1 冷熱電聯(lián)供方案設(shè)計

1.1 熱電聯(lián)供+電制冷方案

熱電聯(lián)供+電制冷方案流程，如圖1所示.其流程為鍋爐排出的蒸汽在汽輪機膨脹作功，帶動發(fā)電機發(fā)電，汽輪機的出口蒸汽供給熱用戶以實現(xiàn)供熱.發(fā)電機發(fā)出的電力送至電網(wǎng)，一部分驅(qū)動制冷機制取冷量，鍋爐除鹽水則由汽輪機的背壓蒸汽混合加熱至65 ℃.

1.2 冷熱電聯(lián)供+換熱器回收余熱方案

冷熱電聯(lián)供+換熱器回收方案流程，如圖2所示.鍋爐出口蒸汽先通過汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電以實現(xiàn)供電；汽輪機出口的背壓蒸汽一部分給熱用戶以實現(xiàn)供熱；另一部分的背壓蒸汽經(jīng)過Libr吸收式制冷機制冷，通過冷媒水將冷量帶給冷用戶以實現(xiàn)供冷.溴冷機的余熱回收：不用熱泵，除鹽水直接進入溴冷機的吸收器與冷凝器被加熱，后將汽輪機的背壓蒸汽與從溴冷機排出的鍋爐除鹽水混合，使得鍋爐除鹽水被加熱至65 ℃.

圖1 方案一系統(tǒng)示意圖 圖2 方案二系統(tǒng)示意圖

1.3 冷熱電聯(lián)供+熱泵回收余熱方案

冷熱電聯(lián)供+熱泵回收余熱方案流程，如圖3所示.此方案與方案二區(qū)別是利用熱泵回收溴冷機冷凝熱，冷卻水進入溴冷機帶出低品位熱能后冷卻水全部進入熱泵的蒸發(fā)器加熱除鹽水，同時熱泵消耗電能，使除鹽水溫度從26 ℃加熱至65 ℃，從而減少加熱除鹽水的背壓蒸汽消耗量.

圖3 方案三系統(tǒng)示意圖 圖4 方案四系統(tǒng)示意圖

1.4 冷熱電聯(lián)供+換熱器與熱泵結(jié)合回收余熱方案

冷熱電聯(lián)供+換熱器與熱泵結(jié)合回收余熱方案流程，如圖4所示.此方案是換熱器與熱泵結(jié)合回收溴冷機冷凝熱.溴冷機的余熱回收：冷卻水將溴冷機所排出的熱量帶出后冷卻水分兩路，一路進入換熱器先加熱除鹽水從26 ℃至36 ℃；另一路進入熱泵的蒸發(fā)器將熱量帶入熱泵以繼續(xù)加熱除鹽水，使除鹽水從36 ℃加熱至65 ℃，從而減少加熱除鹽水的背壓蒸汽消耗量.

2 冷熱電聯(lián)供方案綜合評價

2.1 比較指標(biāo)

一個方案是否合理，從該方案是否經(jīng)濟、節(jié)能等角度來分析.從經(jīng)濟角度考慮，用投資回收期來評價.從節(jié)能角度考慮，一個是從能量的量的角度，一個是從能量的質(zhì)的角度.從能量的數(shù)量角度考慮，本文是用能量的綜合熱利用率來分析，從能量的品質(zhì)角度是用效率來比較，從系統(tǒng)維護方面用維護方便性指標(biāo).本文采用投資回收期、綜合熱利用率、效率、維護方便性四個指標(biāo)對上述四個方案進行綜合評價、分析[10].

2.2 多層次評價結(jié)構(gòu)

冷熱電聯(lián)供多層次評價結(jié)構(gòu)分為3個層次，如圖5所示.

圖5 層次網(wǎng)絡(luò)示意圖

(1)目標(biāo)層，即冷熱電聯(lián)供綜合評價指標(biāo).

(2)指標(biāo)層，即涉及各個方案的定量和定性指標(biāo).選用投資回收期、綜合熱利用率等四個指標(biāo).

(3)比較層，即不同的方案一、方案二、方案三、方案四.

2.3 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

表1 各指標(biāo)權(quán)重

表2 判斷矩陣

2.4 制冷量為580 kW時綜合評價

本冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)設(shè)計中，汽輪機組取某熱電公司將要投產(chǎn)運行的1.2萬千瓦背壓機組，供熱量86.5 t/h，制冷機組選用SXZ8-580雙效溴化鋰制冷機組.計算中所用部分參數(shù)分別取自于該熱電公司的實測數(shù)據(jù)和所選溴冷機參數(shù)制冷量為580 kW，對各個方案進行計算，所得結(jié)果如表3～表5所示.

表4 制冷量580 kW下各個方案的火用效率

表5 制冷量580 kW下各個方案的投資回收期

四個方案的維護方便性依次是：優(yōu)、良、中、中.

由表3數(shù)據(jù)經(jīng)過評價指標(biāo)量化、確定參考數(shù)列、指標(biāo)集無量綱化處理得到評價矩陣E1：

綜合評價結(jié)果矩陣為

從綜合評價結(jié)果可以看出，當(dāng)制冷量為580 kW，各方案的優(yōu)先次序為方案二>方案四>方案三>方案一.回收余熱的三種冷熱電聯(lián)供方案均優(yōu)于熱電聯(lián)供+電制冷方案，不用熱泵直接換熱器回收的方案二為最優(yōu)方案，由于這時制冷/供熱比比較小，溴冷機排除的余熱也較少，26 ℃的除鹽水可以直接把部分熱量帶走，這時不用熱泵，投資運行費用低，而余熱可以完全利用掉，所以這時方案二為優(yōu)選方案.當(dāng)制冷/供熱比增加，溴冷機排除的余熱量增多，這時通過換熱器帶走余熱的方案二不能完全回收余熱量，方案二就不一定為優(yōu)選方案.

2.5 制冷量為2 320 kW時綜合評價

制冷量為2 320 kW時冷熱電聯(lián)供評價指標(biāo)的因素值，如表6所示.

表6 制冷量為2 320 kW熱電冷聯(lián)供評價指標(biāo)的因素值

評價指標(biāo)量化、確定參考數(shù)列、指標(biāo)集無量綱化處理得到評價矩陣E2：

綜合評價結(jié)果矩陣為

當(dāng)制冷量為2 320 kW時，各方案的優(yōu)先次序為方案四>方案二>方案三>方案一，則優(yōu)選方案為方案四.

由上述的比較可以看出，方案二與方案四較好.當(dāng)制冷量為580 kW時，方案二要優(yōu)于方案四，此時的供冷供熱比較小，對于一臺580 kW(50萬大卡)冷量的雙效溴冷機組，如果除鹽水的進口溫度為26 ℃，那么可以加熱的最大除鹽水量約為86.5 t/h，此時溴冷機排出的余熱完全被利用，但隨著供冷供熱比的增大，方案二除鹽水直接回收不了溴冷機排出的所有余熱，于是溴冷機余熱的利用率就會逐漸降低，而方案四在增大供冷供熱比時，利用熱泵能有效的回收溴冷機排出的全部余熱.所以，在制冷量為2 320 kw時，方案四優(yōu)于方案二.下面對方案二與方案四進行不同制冷量下的比較，分析在不同負荷情況下方案二與方案四的熱經(jīng)濟性，以進一步確定三聯(lián)供系統(tǒng)的設(shè)計方案.

2.6 不同制冷量下方案的比較

表7 不同供冷供熱比下方案比較的結(jié)果

圖6 不同供冷供熱比下單位冷量收益 圖7 不同供冷供熱比下綜合熱利用率圖8 不同供冷供熱比下綜合熱利用率 圖9 不同供冷供熱比下效率

3 結(jié) 論

本文提出冷熱電聯(lián)供+換熱器回收余熱、冷熱電聯(lián)供+熱泵回收余熱、冷熱電聯(lián)供+換熱器與熱泵結(jié)合回收余熱方案，對有熱回收的冷熱電聯(lián)供三種方案與熱電聯(lián)供+電制冷的方案進行了綜合評價，得到了以下結(jié)論：

(1)當(dāng)制冷量為580 kW時，溴冷機排除的余熱較少，除鹽水可以直接把這部分熱量全部帶走，這時不用熱泵，投資運行費用低，而余熱可以完全利用掉，方案二為優(yōu)選方案；

(2)當(dāng)制冷量為2 320 kW時，通過換熱器的余熱回收方案不能完全回收溴冷機的冷凝熱，換熱器與熱泵結(jié)合回收冷凝熱的冷熱電聯(lián)供的方案四為優(yōu)選方案；