淺析蒸汽空調(diào)在熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

引言

隨著全球氣候變暖,環(huán)境污染、能源安全、能源效能成為人們關(guān)注的話題,實(shí)現(xiàn)能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展已成為人們共同追求的目標(biāo)。作為能源系統(tǒng)的常見形式,冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)憑借其節(jié)能、環(huán)保、可靠的優(yōu)良特性得到了廣泛應(yīng)用。將蒸汽空調(diào)應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)是冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)中的一種形式,熱、電、冷三種形態(tài)的能源被逐級(jí)利用,提高了能源利用效率,很大程度上減少了電廠污染物的排放。經(jīng)過梯級(jí)利用使能源利用效率從常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)的40%左右提高到80%左右,產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1蒸汽空調(diào)在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用

蒸汽空調(diào)在熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用主要有兩種形式:(1)在熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)的各個(gè)熱用戶端安裝蒸汽空調(diào):(2)在熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)的熱源點(diǎn)安裝蒸汽空調(diào)作為冷源,對(duì)外輸送冷量,即冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)。本文主要探討第一種形式,在熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)的各個(gè)熱用戶端安裝蒸汽空調(diào),相較于冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng),該方式可減少冷量損失以及解決三聯(lián)供系統(tǒng)輻射范圍小的問題。

2蒸汽空調(diào)制冷原理

蒸汽空調(diào)實(shí)際是以蒸汽作為驅(qū)動(dòng)能源的溴化鋰制冷機(jī),其具備四大熱交換裝置,即發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器。這四大熱交換裝置輔以其他設(shè)備連接組成制冷系統(tǒng)。

蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機(jī)組利用蒸汽熱量作為驅(qū)動(dòng)能源進(jìn)行制冷:通過輸入蒸汽的熱能,使發(fā)生器的溴化鋰溶液至140℃時(shí)產(chǎn)生水蒸氣,水蒸氣被冷卻水冷凝成水,冷凝水進(jìn)入處于高真空環(huán)境的蒸發(fā)器驟然蒸發(fā),降溫至5℃,噴灑到銅管上,使銅管內(nèi)14℃的空調(diào)水降溫至7℃,向中央空調(diào)用戶提供冷凍水。

3應(yīng)用實(shí)例

廣州開發(fā)區(qū)恒運(yùn)大廈為改善辦公樓的工作環(huán)境,將寫字樓各企業(yè)租戶原有投運(yùn)多年的電空調(diào)替換為蒸汽空調(diào)為整棟大廈集中供冷。根據(jù)大廈的建筑面積進(jìn)行機(jī)組選型,初步估算整幢大廈的冷負(fù)荷為3960kw。

3.1設(shè)備選型

按照3960kw的用冷負(fù)荷,考慮到部分區(qū)域是24h工作,因此在機(jī)組選型上配置了一臺(tái)制冷量為1454kw和一臺(tái)制冷量為2326kw的蒸汽空調(diào),在晚上用冷負(fù)荷降低的情況下只開啟一臺(tái)機(jī)組,提高了設(shè)備的利用率。

參照某生產(chǎn)廠家的設(shè)備選型表進(jìn)行選型(一體化機(jī)組),主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

3.2蒸汽管道布置方案

根據(jù)蒸汽空調(diào)主機(jī)參數(shù),本次改造采用0.8MPa、180~200℃等級(jí)的蒸汽作為蒸汽空調(diào)能源。恒運(yùn)大廈附近已敷設(shè)DN300的蒸汽管道,只需接駁DN100的管道供蒸汽空調(diào)使用即可。

3.3項(xiàng)目效益分析

3.3.1運(yùn)行成本分析

3.3.1.1電空調(diào)運(yùn)行成本

電空調(diào)的運(yùn)行成本主要是耗電成本。恒運(yùn)大廈各企業(yè)使用的是傳統(tǒng)的電空調(diào)機(jī)組,且使用時(shí)間已超過10年,機(jī)組能效低,耗電量大。根據(jù)表2各企業(yè)租戶目前所使用的電空調(diào)機(jī)組的耗電量統(tǒng)計(jì)表可知,若按照電價(jià)1.2元/kw·h計(jì)算,整棟大廈年耗電費(fèi)用為245.724萬元。

3.3.1.2蒸汽空調(diào)運(yùn)行成本

蒸汽空調(diào)運(yùn)行成本主要包括耗電成本以及蒸汽成本。用冷時(shí)間按平均每年240天,每天8h計(jì)算,蒸汽空調(diào)運(yùn)行成本計(jì)算如下:

(1)根據(jù)蒸汽空調(diào)機(jī)組的選型設(shè)計(jì)參數(shù),年耗電費(fèi)用為192×240×8×1.2≈44.24萬元:

(2)根據(jù)蒸汽空調(diào)機(jī)組的選型設(shè)計(jì)參數(shù),按照蒸汽價(jià)格200元/t計(jì)算,年耗蒸汽費(fèi)用為4.039×240×8×200≈155.1萬元。

綜上,使用蒸汽空調(diào)代替原有的電空調(diào)每年可節(jié)約運(yùn)行成本245.724-44.24-155.1=46.384萬元。

3.3.2環(huán)保分析

由于蒸汽制冷是無毒、無污染的制冷方式,其制冷劑溴化鋰更是節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品,不會(huì)對(duì)食品或環(huán)境造成污染,可以在任何生產(chǎn)環(huán)境中使用。蒸汽制冷空調(diào)設(shè)備產(chǎn)生的噪聲小,沒有局部熱島效應(yīng)等,不影響建筑美觀,可優(yōu)化辦公環(huán)境。

傳統(tǒng)的電空調(diào)制冷劑使用的是氟利昂,屬于溫室氣體,采用蒸汽制冷代替電空調(diào)制冷可減少碳排放。

3.3.3節(jié)能分析

當(dāng)作為動(dòng)力的熱能源為余熱、廢熱、排熱等低勢(shì)能時(shí),溴化鋰吸收式制冷機(jī)可以節(jié)約能耗,提高能源的一次利用率。分析如下:

71為熱電站系統(tǒng)的供熱效率,71=1.307(高壓抽汽式供熱機(jī)組,新蒸汽壓力為9MPa,抽汽壓力為0.8MPa時(shí)的參數(shù)):72為火電廠的發(fā)電能源利用率,72=0.29。e為溴化鋰吸收式制冷機(jī)組的能效比,C0P為電空調(diào)機(jī)組的能效比。

溴化鋰吸收式制冷的一次能源利用率PER1=e×71=1.3×1.307≈1.70,1kw·h制冷量標(biāo)準(zhǔn)煤耗量b1=860/(1.70×7000)≈0.0723kg/kw·h。

電動(dòng)壓縮式制冷的一次能源利用率PER2=C0P×72=3.8×0.29=1.102,1kw·h制冷量標(biāo)準(zhǔn)煤耗量b2=860/(1.10×7000)≈0.112kg/kw·h。

可見,PER1>PER2,b1<b2。

本次改造項(xiàng)目蒸汽空調(diào)使用的熱能為熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)所產(chǎn)生的蒸汽,吸收式制冷機(jī)的一次能源利用率在熱電冷聯(lián)供的情況下要高于電制冷機(jī)的一次能源利用率。

4結(jié)語

本文通過對(duì)蒸汽空調(diào)與電空調(diào)的運(yùn)行成本進(jìn)行分析對(duì)比,體現(xiàn)出了蒸汽空調(diào)應(yīng)用在熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的經(jīng)濟(jì)性。蒸汽空調(diào)的節(jié)能節(jié)電優(yōu)勢(shì)可顯著緩解工業(yè)園區(qū)夏季用電緊張的問題。蒸汽空調(diào)替代電制冷機(jī)組能夠減少CFC類物質(zhì)造成的溫室效應(yīng)對(duì)臭氧層的破壞,減少環(huán)境污染,符合國家的環(huán)保政策要求。同時(shí),將蒸汽空調(diào)應(yīng)用于熱電聯(lián)供系統(tǒng)可以提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,具有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值,對(duì)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展意義重大。