中國能源網(wǎng)訊 （8月23日 青島）由中國能源網(wǎng)攜手中國企業(yè)投資協(xié)會、中國電機工程學(xué)會、中國資源綜合利用協(xié)會、中國城市燃氣協(xié)會、中國沼氣學(xué)會、中國可再生能源學(xué)舉辦的以“關(guān)注改革 倡導(dǎo)節(jié)能 推動分布式能源快速發(fā)展”為主題的“2011中國分布式能源國際研討會暨展覽會”8月23日在青島隆重開幕。

在23日下午進行的“清潔能源的分布式應(yīng)用及發(fā)展趨勢”分論壇中，航天-中燃-哈工大分布式能源系統(tǒng)聯(lián)合研究室教授張興梅發(fā)表了題為“提高建筑冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)能源綜合利用率”的精彩演講。

以下為發(fā)言實錄：

大家下午好，航天-中燃-哈工大分布式能源系統(tǒng)聯(lián)合研究室做一個簡單發(fā)言，是從技術(shù)角度，題目是提高建筑冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)能源綜合利用率，分五個方面做介紹。

建筑冷熱電聯(lián)供（或稱分布式能源）是指在用戶端實行冷量、熱量、電能聯(lián)供的技術(shù)。由于這項技術(shù)實現(xiàn)了能量梯級利用，一次能源利用率高，減少能量的輸送能耗，減少污染物的排放，平抑電網(wǎng)負荷和燃氣管網(wǎng)負荷的不平衡，以及提高用能的安全性等方面的優(yōu)點而被人們所關(guān)注，被認為是能源技術(shù)中重要的發(fā)展方向。近年來，分布式能源在我國也有較快的發(fā)展，已有許多實際工程的應(yīng)用實例。在設(shè)計、使用冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)時，總希望盡可能提高能源的利用率和獲得更大的經(jīng)濟效益。

提高燃氣發(fā)電機組余熱利用率是提高分布式能源綜合利用率的關(guān)鍵。影響余熱利用率的因素很多，如用戶對熱、電或冷、電的需求是否同步？分布式能源產(chǎn)出的熱量與電量之比（熱電比）或冷電比是否與用戶需求的熱電比或冷電比相匹配？產(chǎn)出與需求間的矛盾都可能出現(xiàn)余熱無法利用而被排放掉，從而導(dǎo)致能源利用率降低。因此冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的配置、容量、余熱利用設(shè)備的性能、運行模式、控制等都影響能源綜合利用率。除此之外，余熱形式與溫度也對能源綜合利用率有影響。煙氣是燃氣發(fā)電機組一種主要的余熱形式。顯然，發(fā)電機組煙氣的溫度愈高，愈利于余熱利用。因為，煙氣的余熱利用設(shè)備的煙氣排出溫度都有要求，例如，用于煙溫為500℃的BE型雙效煙氣型溴化鋰吸收式冷熱水機組（簡稱雙效煙氣機），制冷時的排煙溫度為160℃，實際利用熱量占煙氣總余熱量的71.6%；用于煙溫為300℃的BDE型單效煙氣機，制冷時的排煙溫度為130℃，實際利用熱量占煙氣總熱量的61.8%。不僅如此，煙溫高，煙氣機的制冷性能系數(shù)（制冷量/消耗的熱量）高，即同樣的熱量轉(zhuǎn)換成制冷量就大。根據(jù)BE型和BDE型樣本數(shù)據(jù)推算，當余熱煙氣溫度為500℃，采用雙效煙氣機時，其煙氣總余熱量轉(zhuǎn)換為制冷量的比率約為1:1；當余熱煙氣溫度300℃，采用單效煙氣機時，其煙氣總余熱量轉(zhuǎn)換為制冷量的比率約為1:0.5，這樣必然導(dǎo)致煙氣余熱用于制冷時的能量綜合利用率的降低。

發(fā)電機組的另一種余熱形式為熱水，如內(nèi)燃機既有煙氣余熱，又有熱水（內(nèi)燃機中的冷卻水）余熱。內(nèi)燃機通常有不同溫度的冷卻水，不同公司所生產(chǎn)的內(nèi)燃機冷卻水的溫度及種類并不相同，但一般都分為兩類——高溫冷卻水和低溫冷卻水。高溫冷卻水一般在90℃左右，可用于制冷或供暖；低溫冷卻水一般在40℃左右，基本上無直接利用的價值。

目前國內(nèi)在建筑冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中常用的發(fā)電機組中的原動機有燃氣內(nèi)燃機、微型燃氣輪機和小型燃氣輪機。內(nèi)燃機發(fā)電機組的發(fā)電效率較高，一般都大于40%，煙氣溫度350~500℃；小型燃氣輪機發(fā)電機組的發(fā)電效率一般為24%~38%，煙氣溫度約500℃；微型燃氣輪機發(fā)電機組的發(fā)電效率一般為24%~33%，煙氣溫度約300℃左右。

配置高性能的煙氣機，提高能源綜合利用率

在民用建筑中應(yīng)用冷熱電聯(lián)供技術(shù)，余熱主要的用途是夏季給建筑供冷，冬季供暖。在南方地區(qū)，供冷的運行時間多于供暖運行的時間，因此，更應(yīng)注意選用性能優(yōu)良的煙氣型吸收式制冷機。下面通過實例來進行分析。

例1，建筑冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)采用Caterpillar G3412C型內(nèi)燃機發(fā)電機組。該機組發(fā)電量為360kW，機組消耗天然氣熱量為1117kW。高溫熱水329kW，熱水溫度99℃，煙氣量2040Nm3/h，煙氣溫度345℃，設(shè)高溫熱水采用熱水型溴化鋰吸收式制冷機進行制冷，選用BDH系列單效型機組。該機組的制冷性能系數(shù)約為0.76，因此高溫熱水可獲得制冷量250kW。在BE和BDE煙氣機的樣本中，BE型雙效煙氣機煙溫在400~500℃范圍內(nèi)有性能數(shù)據(jù)；BDE單效煙氣機煙溫在260~300℃范圍內(nèi)有性能數(shù)據(jù)。此內(nèi)燃機的煙溫為345℃，只能估計其制冷量。設(shè)選用BDE單效煙氣機，按機組制冷量隨煙溫變化的規(guī)律，2040Nm3/h煙氣大約可獲得制冷量153kW。[page]

煙溫345℃的煙氣適宜采用國外的CH-KE型雙效煙氣機，該機可用在煙溫200~340℃范圍內(nèi)。當煙溫為340℃時，單位煙氣量的制冷量為0.088kWh/Nm3。因此2040Nm3/h煙氣量可獲得制冷量180kW。

例2，建筑冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)采用Capstone C65微燃機發(fā)電機組。該機的發(fā)電量65kW，發(fā)電效率29%，煙氣量0.49kg/s，煙氣溫度309℃，消耗天然氣熱量224.1kW。同樣設(shè)采用兩種不同的煙氣機進行比較。如采用BDE型單效煙氣機，估計可獲得制冷量73kW，能源綜合利用效率0.62。如采用CH-KE型雙效煙氣機，估計可獲得制冷量112kW，則能源綜合利用率0.79，規(guī)定的大于70%的要求。

由此可見，配置高效能的余熱利用設(shè)備將會提高能源綜合利用率。上兩例中，CH-KE雙效煙氣機的性能系數(shù)為1.02，而BDE單效煙氣機的性能系數(shù)為0.79。除此之外，CH-KE型雙效煙氣機還增加了煙氣/溶液熱交換器，進一步降低了排煙溫度，也就是說充分利用了煙氣中的熱量。目前國內(nèi)有待開發(fā)用于溫度為300℃左右煙氣的高性能的雙效煙氣機，以適應(yīng)國內(nèi)分布式能源的發(fā)展。

降低排煙溫度，充分利用余熱

目前用于煙氣制冷的煙氣機排煙溫度均在100℃以上。如適用與煙溫500℃左右的雙效煙氣機，其排煙溫度為160℃；適用于煙溫300℃左右的單效煙氣機排煙溫度為130℃；即使增設(shè)了煙氣/溶液熱交換器的CH-KE型雙效煙氣機制冷時的排煙溫度為115℃。如此高溫度的煙氣不僅有不少顯熱可利用，而且還有可觀的潛熱可利用。目前燃氣鍋爐中有一種稱為冷凝式燃氣鍋爐，就是降低排煙溫度，充分利用排煙中的顯熱和潛熱。普通的燃氣鍋爐，以低位發(fā)熱量計的熱效率可達到108%。熱效率大于100%似乎是不可能，其實是由于利用了燃氣高位發(fā)熱量中的潛熱的結(jié)果。

利用煙氣中的潛熱的方法是對煙氣進行冷卻，當煙氣溫度降到露點以下時，煙氣中水蒸氣凝結(jié)，釋放出潛熱。燃氣高位發(fā)熱量中的潛熱可根據(jù)天然氣成分計算獲得。對天然氣進行估算，其潛熱約為低位發(fā)熱量的10%。

排煙余熱利用方案

一，用排煙余熱制熱水。這是最簡單的利用方法，只需設(shè)置煙氣/水換熱器即可實現(xiàn)，熱水的用途有：賓館、醫(yī)院、療養(yǎng)院等的生活熱水供應(yīng)；公共浴池、洗衣房等熱水供應(yīng)；游泳池的池水加熱等。

一般的熱水供應(yīng)熱水溫度60℃，進水溫度5℃。這樣每kWh熱水量可生產(chǎn)熱水15.6kg/kWh。例1中采用雙效煙氣機的排煙溫度115℃，煙氣溫度冷卻到50℃，可回收熱量139.7kW，則可生產(chǎn)2179kg/h 60℃熱水。根據(jù)文獻[2]計算公式，這些熱水量可供70個床位醫(yī)院的熱水供應(yīng)。

煙氣余熱可作游泳池的補充加熱用。其熱量用于補充池水蒸發(fā)和池壁、管道、設(shè)備等傳熱損失，以及游泳池補充水的加熱。

二，排煙余熱作熱泵的低位熱源。熱泵有吸收式熱泵和電驅(qū)動熱泵。燃氣發(fā)電機組排出的高溫煙氣作煙氣型吸收式熱泵的驅(qū)動熱源，其排煙經(jīng)熱交換器加熱中間介質(zhì)（如水），從而把煙氣溫度降到30℃左右。中間介質(zhì)把從排煙中回收的顯熱和潛熱轉(zhuǎn)移給熱泵的蒸發(fā)器，熱泵產(chǎn)出中間溫度（低于高溫煙氣溫度，高于排放煙氣溫度）熱水供建筑采暖。從而把發(fā)電機組煙氣中的熱量（包括顯熱和潛熱）幾乎全部利用了。熱泵同時配置有其他低位熱源，如江河水、地下水、土壤、城市污水等。這低位熱源也是吸收式熱泵在夏季改為制冷運行時的冷卻介質(zhì)。在夏季制冷運行時，煙氣機的排煙余熱就不利用了。

電動熱泵可以是發(fā)電機組所發(fā)的電驅(qū)動或由市電網(wǎng)的電驅(qū)動。發(fā)電機組的高溫煙氣驅(qū)動煙氣型吸收式冷熱水機組，夏季供冷，冬季供熱。煙氣機在冬季運行時的排煙通過熱交換器回收其中的顯熱與潛熱，作電動熱泵的低位熱源。電動熱泵在夏季進行制冷，煙氣機的排煙余熱不再利用。

三，排煙余熱作除濕機熱源。利用物質(zhì)吸收或吸附的原理均可以實現(xiàn)對空氣除濕（或稱去濕、干燥）。但溶液或吸附劑吸收或吸附水分后需要用熱量來去除所吸收或吸附的水分，稱為再生。目前用于建筑中空氣除濕的氯化鋰轉(zhuǎn)輪式除濕機通常需要120℃的空氣來驅(qū)除所吸收的水分。一般都采用蒸汽、電作能源來加熱再生用的空氣。生空氣（即室外空氣）經(jīng)熱交換器被排煙所加熱，要求加熱到120℃。如因排煙溫度低而無法加熱到此溫度時，也可以加熱到低于120℃的某個溫度，但此時除濕機的除濕能力降低?？諝饨?jīng)除濕機去濕后，溫度升高，因此需設(shè)空氣冷卻器對空氣進行冷卻。這種系統(tǒng)不僅適宜用于空調(diào)中對新風進行除濕，

很適宜用于要求低濕的環(huán)境，如餅干、糖果等食品生產(chǎn)，一些藥品生產(chǎn)過程，化工、軍工、電子工業(yè)等需要低濕環(huán)境的工藝。

所以，一，當煙氣用于制冷時，采用高性能的煙氣機將有效地提高冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的能源綜合利用率。分別計算兩種煙氣溫度約300℃的發(fā)電機組，采用高性能煙氣機后，可使能源綜合利用率分別提高6個和13個百分點。

二，煙氣機的排煙溫度一般都在100℃以上，蘊藏著大量的潛熱和余熱，充分利用這些熱量，將有效地提高冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的能源綜合利用率。

三，排煙余熱回收后可用作熱水供應(yīng)、熱泵的低位熱源、空氣吸收或吸附除濕的再生熱量或其他工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程用熱。