[发明专利]零能源损耗率热电厂的燃蒸循环热电冷三联供系统与方法

说明书

技术领域

本发明属于燃蒸联合循环热电冷三联供技术领域，特别涉及零能源损耗率热电厂的燃 蒸循环热电冷三联供系统与方法。

背景技术

目前中国北方地区供暖的主要系统形式是：热电联产、区域锅炉房和分散采暖各占约 1/3，其中一次能源利用效率最高、减排效果最好、经济性最合理的热电联产的推广应用受 到难以大规模扩展热网规模及其供热能力等因素的限制，亟需采取更好的技术路线与政策 规划加以推广。清华大学江亿院士和付林教授等创造性地开发了基于吸收式换热进行乏汽 余热回收供热和大温差换热大幅降低一次网回水温度的相关专利技术，即在热电厂采用吸 收式热泵由中压抽汽驱动热泵回收汽轮机乏汽的冷凝热，将可使热电厂能源利用效率提高 15～25％；大幅提高供回水温差以增大管网载热能力达60～80％以上，在中国以燃煤热电 联产系统为主的集中供热领域具有突破性意义。

另一方面，随着中国对环境保护的要求日益提高，天然气作为清洁燃料的大面积推广 并用于供热及发电领域已经形成一个重要发展趋势，但是与燃煤型热电联产系统相比，天 然气作为燃料的热电联产系统的一次能源利用效率及其经济性未必显著，甚至设计流程与 热网状况未臻优化的情况下反而并不比天然气直接燃烧供热或先发电再驱动热泵系统供 热节能、省钱，其原因包括：小容量燃气锅炉效率很高而供热半径小、热量损耗及热网输 配电耗小；天然气发电效率高、电力易于远距离输送而热泵效率达到一定水平即可保证较 好的经济性；天然气可远距离输送到用户区域，而集中热网的热水或蒸汽远距离输送电耗 及散热损失大幅增加；燃蒸联合循环(CCPP)的空气过量系数比燃气锅炉大一倍以上导致 排烟损失过大，且天然气燃烧排烟本来就比煤燃烧排烟的潜热损失大得多，而传统的CCPP 流程难以回收利用该余热，由此导致CCPP热力系统能量损失严重；汽轮机乏汽余热损耗 巨大等。由此，与燃煤型热电联产相比，传统的CCPP往往在较小区域具有较佳的一次能 源利用效率，在更大区域供热领域其综合效益并不具有优越性。

CCPP热电厂供热发电的通常流程中，在冬季发电率约占天然气低位发热量的20～ 35％，约有40～50％用于供热，约有占汽轮机主蒸汽15～30％以上的热量需要通过凝汽 器从冷却塔或空冷岛释放到大气中，其中燃机、余热锅炉及发电机等的本体散热损失、机 械损失及烟气损失及电厂自用电等约占25～30％，即CCPP热电厂的一次能源热效率通常 只有约70～75％。在夏季发电率可达到35～40％以上，少量热能通过热力管网送往宾馆酒 店等某些热用户用于制取生活热水等，但是大部分热量则被白白释放到大气中。对于终端 热用户，冬季通过热力站换热进行采暖，夏季则另设一套电制冷或吸收式制冷系统等解决 空调供冷问题。联接热电厂(及集中锅炉房)和终端用户的热力站设置有大型换热器用于 产生所需参数的供热循环水，同时由于供回水温差有限，需要设置大型水泵以提供动力。

经估算可知，如果能有效回收汽轮机乏汽能量，可提升热电厂一次能源利用率达10～ 15％；而如果将余热锅炉排烟温度降低到20～30℃并充分回收其中的潜热和部分显热，则 可提升热电厂一次能源利用率达15～20％以上。由此，如采取合理的技术路线，可将热电 厂一次能源利用率提高25～35％左右，从而使热电厂有效能源输出量占一次能源低位发热 量的比例达到95～100％甚至更高。当CCPP系统实现了100％的一次能源利用效率时，即 可认为该热力系统实现了无能源损耗，这就是采用新型技术路线的燃蒸循环热电冷三联供 系统实现“零能源损耗率热电厂”的技术即节能性的涵义所在。

在区域空调供冷领域，基于传统技术路线中空调冷水的供回水温差通常不超过5～ 9℃，则要承担较大的区域供冷负荷则其一次网循环水量极大，乃至于在距离较大时其输 送电耗过大而完全失去其节能性和经济性，因此，从应用实践的角度看，区域供冷仍然是 一个并不成熟的技术领域，目前中国几个有限的具有一定规模的区域供冷案例的运营维持 主要是依靠具体的售热价格等经济因素，而非真正实现了合理的节能效果。由此，区域供 冷的真正大规模应用是以必须解决大温差远距离供能为前提的。