热电冷三联供系统中热水网参数的选择

文章编号 :1000 - 4416 (2000) 02 - 0119 - 05 热电冷三联供系统中热水网参数的选择Ξ 付 　林1 ,江 　亿1 ,邢振河2 (1. 清华大学热能系 ,北京 100084 ;2.北京热力公司 ,北京 100026) 摘要 :结合北京第一热电厂、北京第二热电厂所属供热系统 , 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 在夏季具有冷负荷和生 活热水负荷时 ,热网参数 ,即供/ 回水温度 ,对热电冷联供系统一次能耗的影响。 关键词 :热电冷联供 ;供/ 回水温度 ;一次能耗 中图分类号 :TU995. 7 ;TU883 　　　文献标识码 :A 1 　引　　言 热电冷联供系统的形式之一是蒸汽在供热汽轮 机中作功发电后的低压抽汽通过热交换器向热水网 提供热量。热水由循环水泵驱动在热网中循环 ,不 断将热量输送至各用户 ,用于采暖或提供生活热水 , 同时可驱动吸收式制冷机制冷 ,系统如图 1 所示。 对于大中型商业建筑 ,可自行设置吸收式制冷机以 热水为热源制冷 ,满足建筑物空调需要。对于住宅 小区 ,也可设置专门的冷冻站 ,由吸收式制冷机制冷 水供给居民。在这种热电冷三联供系统中 ,热网供/ 回水温度对热电厂、热网和制冷机的能耗影响显著。 北京第一热电厂、北京第二热电厂所属供热系统 ,分 析在夏季具有冷负荷和生活热水负荷时 ,热网供回 水温度对热电冷联供系统能耗的影响。两个热电厂 的机组构成及供热供冷能力如 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 1、表 2 所示。 表 1 　北京热电总厂构成 机组型号 功率 (MW) 初压 (MPa) 初温 ( ℃) 低压抽汽 压力 (MPa) 低压抽汽 温度 ( ℃) 备注 一 厂 BДТ- 25 - 4 (2 台) 25 8. 83 535 0. 12 110 双抽 BДТ- 50 - 2 (1 台) 50 8. 83 535 0. 12 104 双抽 BДТ- 50 - 3 (1 台) 50 11. 77 555 0. 12 104 双抽 BK- 100 - 6 (1 台) 100 8. 83 535 0. 2 - 0. 25 125 改造 二 厂 C50 - 90/ 1. 2 (4 台) 50 8. 83 535 0. 12 104 单抽 图 1 　北京热电冷三联供形式 表 2 　北京热电总厂供冷能力 名　　称 第一热电厂 第二热电厂 供汽量 (t/ h) 400 480 生活热水耗汽量 (t/ h) 85. 03 114. 17 供冷可用汽量 (t/ h) 314. 97 365. 83 最大供冷能力 (MW) 122. 06 140. 35 最大供冷面积 (104 ×m2) 104. 95 120. 68 2 　热电冷三联供系统的一次能耗 在热电厂中 ,由发电做功后的低品位抽汽或背 压排汽向热网供热。这部分蒸汽仍具有做功发电能 力 ,单位供热量所相当的一次能耗 u 可折算为 : 　　　　　 u = ( 1ηE - 1 η2) 1 α (1) 对于抽凝机组 ,如果不供热 ,机组通常以凝汽方 式发电 ,故η2 可取为该抽凝机组凝汽发电效率。于 是 ,式 (1)可转化为 : 　　　　　　 u = ηE η2 (2) ·911·第 20 卷 　第 2 期 　　　　　　　　　　　煤气与热力 Ξ 收稿日期 :1999 - 06 - 18 　　　作者简介 :付林 (1965 - ) ,男 ,山东威山县人 ,助教 ,博士生 ,从事集中供热以及节能应用的研究。 单位供冷量的热电冷联供系统一次能耗 e 可表 示为 : 　　　 e = uCOPηn = δe COPη2ηn (3) 单位冷量的电动制冷一次能耗可由下式计算 : 　　　　　　 e = 1/ COPη′e (4) 单位冷量的直燃机一次能耗可由下式计算 : 　　　　　　 e = 1/ COP (5) 3 　热网供水温度对系统能耗的影响 3. 1 　供水温度对单位供冷量系统一次能耗的影响 提高热网供水温度 ,必然要提高热电厂供热蒸 汽参数 ,使得热电厂单位热量的抽汽发电能力δe 增 加 ,当制冷机的性能系数不变时 ,由式 (3)知 ,热电冷 联供系统的一次能耗将会增大。图 2 给出热电冷三 联供系统一次能耗随热网供水温度的改变而变化的 情况 ,并与电制冷系统和直燃机进行了比较。其中 , 抽汽饱和温度和热网供水温度之差可允许为 15 ℃。 从图 2 中看出 ,由于热电厂可调节抽汽的最低压力 为 0. 12 MPa ,则热网供水温度在 90 ℃以下不会改变 抽汽的压力 ,因而在制冷机性能系数 COP 一定时 , 系统一次能耗保持不变。当热网供水温度大于 90 ℃时 ,随着热网供水温度的增加 ,可调整抽汽的压力 也需随之增加 ,该抽汽在供热汽轮机中的发电量减 少 ,致使系统一次能耗趋向增加。 图 2 　热电冷联供中制冷一次能耗率 随热网供水温度的变化关系 同时 ,吸收式制冷机的性能系数随着热网供水 温度的降低而减小。从这一点来讲 ,热网温度增加 又有使热电冷三联供系统能耗减小的趋势。因此 , 随热网供热温度的改变 ,热电冷系统能耗增减趋势 应根据具体情况加以分析。对于文献[2 ]所研究的单 效双提升吸收式制冷机 ,其制冷系数随供水温度的 变化三个工况点如表 3 所示。由图 2 可知 ,若采用 该制冷机 ,热网供水温度为 90 ℃时 ,系统一次能耗 最小 ,其次是供水温度为 115 ℃的工况 ,供水温度为 75 ℃的系统一次能耗最大。在这三种工况下 ,热电 冷系统的能耗均低于电制冷系统和直燃机。 表 3 　溴冷机性能系数的取值 (回水温度为 60 ℃) 供水温度 ( ℃) 性能系数 (COP) 75 0. 50 95 0. 61 115 0. 70 3. 2 　生活热水的热电冷三联供系统能耗 目前 ,北京热网夏季运行仅用于供生活热水 ,热 网供回水温度为 75 ℃～50 ℃,供热量约为 100 MW。在实现热电冷三联供时 ,由于制冷机性能的 要求而需提高热网供水温度 ,将会使承担生活热水 负荷的供热一次能耗增加。此时 ,若供冷负荷很少 , 将会造成系统总能耗增加。生活热水的一次能耗可 由下式计算 : 　　　　　　 El = Qlu ηn (6) 图 3 　系统一次能耗随制冷负荷的变化 图 3 给出热电冷三联供系统一次能耗在有生活 热水负荷时随制冷负荷的变化情况 (热网回水温度 为 60 ℃) 。图 3 中各条线纵坐标截距代表生活热水 ·021· 煤气与热力　　　　　　　　　　2000 年 3 月 负荷的一次能耗量。当制冷负荷较小时 ,而热网供 水温度为 115 ℃和 95 ℃的热电冷三联供系统制冷 能耗均大于电制冷和直燃机 ,而供水温度为 75 ℃的 三联供系统的能耗略低于电制冷和直燃机 ;当制冷 负荷大于 55 MW 时 ,热网供水温度为 95 ℃的三联 供系统制冷能耗开始小于供水温度为 75 ℃的三联 供系统 ,一次能耗在所有系统中最低。热网供水温 度为 115 ℃时 ,虽然吸收式制冷机性能系数较高 ,但 由于供热参数高而破坏了热电厂的热经济性 ,并使 生活热水负荷的一次能耗明显增大 ,致使整个热电 冷三联供系统的能耗受到影响 ,只有制冷负荷增长 到 135 MW 时该系统能耗才开始低于电动制冷系 统。由图 3 可知 ,在具备适量冷负荷后 ,热网供水温 度为 95 ℃热电冷三联供系统具有最大的节能优势。 3. 3 　考虑热网泵耗的热电冷三联供系统能耗 当所输送的热量一定时 ,热网泵耗取决于热网 供回水温差。在以下热网泵耗的分析计算中 ,对热 网水力工况作简化处理 ,并认为主循环泵以变频调 速方式运行。 热网运行能耗 W 主要指主循环泵的输送能耗 , 其表达式为 : 　　　　　　　W = GΔPηPρ (7) 而热网流量与供回水温差Δtn 之间的关系为 : 　　　　G = Qc/ COP + Q1ηnCPΔtn (8) 主循环泵的扬程ΔP 为热网阻力损失ΔPr 与末 端用户资用压头ΔPe 之和。热网阻力损失ΔPr 可表 达为 : ΔPr = s G2 + Σ i siGi2 (9) 　　　ΔPr = 〔1 + Σ i si s ( GiG ) 2〕s G2 = SG2 由式 (9) 知 ,当主支管路的流量之比、阻力系数 之比以及管道粗糙度保持不变时 ,系数 S 可认为仅 是主干管径的函数。于是 : 　　　　　　　ΔP = SG2 + ΔPe (10) 将式 (8) 、式 (10)代入式 (7) ,可得热网泵耗与供 回水温差之间的关系。 图 4 为考虑了热网输送泵耗的热电冷三联供系 统能耗随制冷负荷增加的变化情况。热网回水温度 仍设定为 60 ℃,末端用户资用压头 ΔPe 取为 0. 15 MPa。由式 (9)定义的热网阻力系数取为 0. 207。热 网运行的一次能耗量由下式确定 : 　　　　　 Eh , n = Wη′e (11) 由图 4 看出 ,制冷负荷大于 40 MW 时供水温度 95 ℃的热电冷系统 在各供冷系统中能耗最低。供 水温度 115 ℃的热电冷系统总能耗一般要高于电动 制冷系统和直燃机。对于供水温度 75 ℃的热电冷 系统 ,由于供回水温差小 ,热网输送热量的能力受到 严重限制 ,在制冷负荷大于一定值时 ,系统总能耗因 热网泵耗的迅速增加而远大于其他供冷系统。 图 4 　系统一次能耗 (含热网泵能耗)随制冷负荷的变化 4 　热网回水温度对系统能耗的影响 图 5 　热电冷系统能耗与回水温度的关系 对于给定的热网供水温度 ,回水温度越低 ,热网 供回水温差越大 ,热网输送能耗相应就越小。而吸 收式制冷机的性能系数则随着热网回水温度的降低 而降低。因此 ,对于一个具体的冷热联供热水网 ,其 ·121·第 20 卷 　第 2 期 　　　　　　　　　　　煤气与热力 回水温度应有一最优值。 图 5 给出在热网供水温度为 95 ℃、制冷量为 200 MW时 ,单位制冷量的热电冷三联供系统能耗与 热网回水温度之间的关系。其中 ,回水温度对吸收 式制冷机性能系数的影响由文献[2 ]给出。由该图可 看出 ,随着回水温度的降低 ,热网能耗迅速减小。在 回水温度小于 70 ℃以后 ,热网能耗已变得很小 ,变 化幅度也很缓慢。吸收式制冷机的能耗则随着回水 温度的减小而持续增大。热电冷联供系统的总能耗 随着供回水温差的增大先是降低的 ,然后变为升高。 在回水温度为 73 ℃时系统总能耗达到最小。 图 6 　热网回水温度随制冷负荷的变化 图 7 　热网回水温度优化后系统能耗随制冷的变化关系 当制冷规模不同时 ,系统能耗最低所对应的回 水温度将会不同。图 6 给出当热网供水温度为 95 ℃时 ,系统一次能耗最低所对应的最优热网回水温 度。可以看出 ,制冷规模越大 ,单位制冷量能耗最 低 ,所对应的热网回水温度越低。随着制冷量的增 大 ,热网供热量随之增加 ,若热网供回水温度不变 , 则会导致热网泵耗迅速增加。因而必须降低回水温 度以便增大热网供回水温差 ,使热电冷系统整体一 次能耗达到最低。图 7 给出各项能耗随制冷规模的 分布情况。单位冷量的热网一次能耗随制冷规模的 扩大而增加 ,制冷机单位冷量的一次能耗也随着供 冷规模的增大而升高。同时 ,由于生活热水总负荷 不变 ,单位冷量的生活热水能耗随供冷规模的扩大 而减小。单位冷量的热电冷三联供系统总能耗随着 供冷规模的扩大先减小 ,而后增大。因此 ,对于一个 给定的热电冷联供系统 ,存在一个最优的供冷规模 和相应的最优供回水温度 ,使得系统总一次能耗最 小。 5 　结　　论 (1) 热网供、回水温度对热电冷三联供系统中 吸收式制冷机的一次能耗 ,即热电冷系统制冷一次 能耗有显著影响。供水温度的提高 ,制冷机性能系 数增加 ,但同时使电厂抽汽的一次能耗增加。回水 温度的升高可增大制冷机的性能系数。 (2) 对于给定的热负荷 ,热网泵耗取决于热网 供回水温差。供回水温差越小 ,热网泵耗越大。 (3) 一般地 ,生活热水所要求的热网供水温度 比吸收式制冷机低 ,热电冷联供将使生活热水的一 次能耗增加。因此 ,相对生活热水负荷来讲 ,当供冷 负荷较小时 ,不利于热电冷系统能耗的降低。 (4) 为使热电冷三联供系统的总能耗达到最 低 ,热网供、回水温度应有最优值。 符 　号 　说 　明 a —热电厂的热电比 ; COP —制冷机性能系数 ; Cp —定压比热 ,kJ / (kg. ℃) ; El —生活热水一次能耗 ,kW ; Eh ,n —热网运行一次能耗 ,kW ; e —单位冷量一次能耗 ,kW/ kW ; Ql —生活热水负荷 ,kW ; W —热网主循环泵输送能耗 ,kW ; (下转第 125 页) ·221· 煤气与热力　　　　　　　　　　2000 年 3 月 Computer Supervision - Control System in Heating Network YUAN He - xin1 , MA Wei - hua1 , LIU Hai - ying2 (1. Tangshan Heating Engineering Design Institute , Tangshan 063000 , China ; 2. Tangshan Heating Power General Compony , Tangshan 063000 , China) Abstract :By analyzing and discussing computer supervisory control system of a district heating project , the application of computer supervisory control system in heating network is illustrated. Key words :heating network control ; computer supervisory control system ; distributing control system ; communication system ; ether network (上接第 122 页) G—热网主干管流量 ,kg/ s ; Gi —i 支管流量 ,kg/ s ; ΔP —主循环泵的扬程 ,Pa ; ΔPr —热网阻力损失 ,Pa ; ΔPe —末端用户资用压头 ,Pa ; S —主干管的阻力系数 ; si —第 i 支管的阻力系数 ; Δtn —热网供回水温差 , ℃; u —单位热量的热电厂抽汽一次能耗 ; δe —单位热量抽汽的发电能力 ,kW/ kW ; ηE —热电厂发电效率 ; η2 —代替的发电机组的发电效率 ; η′E —电网供电效率 ; ηn —热网效率 ; ηp —泵的效率与其机电效率之积。 参 　考 　文 　献 1 　林万超. 火力发电厂节能理论. 北京 :电力工业出版社 ,1991. 69 2 　Christian J . Schweigler. A New Absorption Chiller to Establish Combined 　Cold ,Heat and Power Generation Utilizing Low - Temperature Heat 　ASHRAE Transaction , 199 , 102(1) :1118 - 1127 Influence of Network Parameter on Primary Energy Consumption for Combined Heating , Cooling and Power System FU Lin1 ,J IANG Yi1 ,XING Zhen - he2 (1. Department of Thermal Engineering , Qinghua University , Beijing100084 , China ; 2. Beijing District Heating Company , Beijing 100026 , China) Abstract :In a district heating and cooling system , i . e. the combined heating , cooling and power (CHCP) system of Beijing is studied here , high temperature water generated by two cogeneration plants circulates through a network between the plants and heat substations. At heat substations , supply water of high temperature from the network drives absorption chillers for air - conditioning in summer and satisfies space heating demands in winter or domestic hot water demands by heat exchangers in the whole year. The parameters , i . e. supply/ return water temperature in the network , has a great im2 pact on primary energy consumption ( PEC) of the absorption chillers , circulation pumps and domestic hot water (DHW) , which is studied in this paper. Key words :supply/ return water temperature ;CHCP ;PEC ·521·第 20 卷 　第 2 期 　　　　　　　　　　　煤气与热力