我国建筑节能的发展PPT课件

第七章冷热电联供CCHP（第二部分）,赖艳华Prof./Dr.山东大学能源与动力工程学院2014年12月,第3节余热利用设备,一、各种原动机余热温度范围及利用方式二、余热利用常用设备三、余热锅炉四、吸收式制冷机,三、余热锅炉,1、余热锅炉分类,三、余热锅炉,常见电厂锅炉型、工作参数以及总体效率,1-余热锅炉2-除氧器3-凝汽器4-蒸汽透平5-发电机6-燃气透平7-燃烧室8-压气机9-高压过热器10-高压蒸发器11-锅筒12-高压省煤器13-低压蒸发器,2、余热锅炉,8-压气机,7-燃烧室,1-余热锅炉,发电,4-蒸汽透平,11-锅筒,6-燃气透平,一般能达到45%以上，如果燃气初温在1100度以上可以达到5058%。,3、自然循环方式的余热锅炉,1-膨胀节2-进口烟道3-内部保温材料4-锅筒5-烟囱6-出口烟道7-膨胀节8-省煤器段9-下降管10-蒸发器11-过热器段12-人孔13-整体结构钢14-上升管,8-省煤器段,11-过热器段,10-蒸发器,4-锅筒,14-上升管,7,.,4、强制循环方式的余热锅炉,1-蒸发器和过热器2-省煤器3-上部过渡段4-烟囱5-锅筒6-钢架7-弯烟道(侧向进口)8-进口段,1-蒸发器和过热器,8,.,5、两种循环方式对余热锅炉的影响关系,四、吸收式制冷机,在工业领域中，工艺系统往往存在大量微压蒸汽、热水及烟气等余热资源，均可作为吸收式制冷机的驱动热源，制取5oC以上的冷水，用于满足工业用冷及舒适性空调等需求。,利用溴化锂吸收式制冷机组来实现的余热制冷,余热资源,第4节冷热电联供系统,一、联供的主要形式二、燃气轮机（微型燃气轮机）驱动联供系统三、燃气蒸汽联合循环驱动联供系统四、燃煤联合循环五、内燃机驱动联供系统六、热气机驱动联供系统七、燃料电池驱动联供系统,燃气轮机（微型燃气轮机）驱动联供系统燃气-蒸汽联合循环驱动联供系统内燃机驱动联供系统热气机驱动联供系统燃料电池驱动联供系统,一、联供的主要形式,二、燃气轮机（微型燃气轮机）驱动联供系统,燃气轮机排气先通过余热锅炉后，对外进行供热，一部分进入吸收式制冷机进行制冷，对外提供冷量,二、燃气轮机（微型燃气轮机）驱动联供系统,排气直接进入烟气型吸收式冷热水机组进行供热和供冷,两个循环结合在一起就构成联合循环，两者互为前置和后置由于从热力学角度，燃气轮机（布雷顿循环）和蒸汽轮机（朗肯循环）的热力过程均非完善，但若将它们串联起来以燃气轮机的排气来产生蒸汽，再去驱动蒸汽轮机做功，为前置循环，蒸汽轮机为后置循环，则可相互补充，提高性能。,三、燃气蒸汽联合循环驱动联供系统,1、前置循环与后置循环,为利用某一动力循环或动力系统的先能而附加另一个动力循环叫做前置，前置循环的工作温度应该更高。,前置循环,为利用某一动力循环或系统的余热而附加另一个动力循环称为后置，后置循环以基本循环的排放热量作为热源。,后置循环,三、燃气蒸汽联合循环驱动联供系统,2、燃气蒸汽联合循环系统图,此联合循环效率可达45%以上，若燃气初温1100以上效率能达到50%-80%,燃气发电,蒸汽发电,3、燃气蒸汽联合循环发电机组的优点,三、燃气蒸汽联合循环驱动联供系统,系统效率与发电效率比较高,能源利用率高，热经济性好,对环境污染小，占地面积少,造价低、建设周期短、运行费用少、维修成本低,调峰性能好、启停快捷,调峰性能好、启停快捷,三、燃气蒸汽联合循环驱动联供系统,4、燃气蒸汽联合循环基本类型,三、燃气蒸汽联合循环驱动联供系统,三、燃气蒸汽联合循环驱动联供系统,1-余热锅炉；2-压气机；3-燃烧室；4-透平；5-负荷；6-汽轮机；7-凝汽器；8-泵,无补燃的余热锅炉型,燃气轮机可单独运行,无补燃燃烧器,补燃燃烧器,补燃的余热锅炉型,1-余热锅炉；2-压气机；3-燃烧室；4-透平；5-负荷；6-汽轮机；7-凝汽器；8-泵,燃气轮机和蒸汽轮机都可单独运行,传统直接燃煤面临越来越大压力，即提高能源率和环境保护。燃煤联合循环（CFCC,CoalFiredCombinedCycle），是将清洁燃煤或煤转化技术和联合循环相结合的先进燃煤发电系统。整体煤气化燃气-蒸汽联合循环（IGCC，IntegratedGasificationCombinedCycle）和增压流化床燃煤联合循环（PFBC-CC，PressurizedFluidizedBedCombustionCombinedCycle）是当前两种主要燃煤联合循环。,四、燃煤联合循环,四、燃煤联合循环,IGCC是煤气化与联合循环相结合的洁净煤动力系统,IGCC,煤贮运、预处理、制备和供给子系统,煤气化子系统,粉煤气除灰子系统,煤气显热利用子系统,联合循环发电子系统,空分制氧子系统,煤渣处理子系统,废水处理子系统,煤气化,煤气净化设备（除掉灰粒和硫）,燃烧,四、燃煤联合循环,IGCC,空气压缩，提供氧气/空气,煤气发生及净化,燃气轮机发电,蒸汽轮机发电,四、燃煤联合循环,增压流化床燃煤联合循环是以一个增压的(1.01.6MPa)流化床燃烧室为主体，以蒸汽、燃气联合循环为特征的热力发电技术。,煤和脱硫剂制成水煤浆,泵注入燃烧室燃烧,锅炉产生的过热蒸汽进入蒸汽轮机,燃烧后的烟气进入燃气轮机,第一代增压流化床燃煤联合循环PFBC-CC第一代：39一41第二代（增加煤气化）：44一47),四、燃煤联合循环,压缩空气经床底部和压力风室和布风板吹入炉膛，使燃料流化、燃烧，在流化床燃烧室中部注入二次风使燃料燃尽。床内燃烧温度一般850950C。炉膛出口的高温高压烟气除尘/脱硫后，驱动燃气轮机，使燃气轮机带动发电机发电。同时，锅炉产生的过热蒸汽进入汽轮机，带动发电机发电。,燃气发电,蒸汽发电,内燃机,余热锅炉,高温烟气,燃料油/天然气,缸套冷却水,供热,排烟,吸收式制冷机,换热器,供电,供冷,供热,五、内燃机驱动联供系统,发电机,换热器,400-600,85-95,给水,内燃机中循环冷却水也是可以利用供热,35-40%,50%-40%,15%-20%,六、热气机-斯特林机驱动联供系统,与内燃机相似热电联产+吸收式冷热水机组,方案1,方案2,七、燃料电池驱动联供系统,燃料电池高温排气经过吸收式制冷机组放出热量，温度降为300，再通入换热器中预热锅炉给水，使得锅炉给水温度由25升至100。换热器排气温度约为150。系统输入能量约为378.51kW，回收余热167.34kW，发电效率约为42.27%，余热回收效率约为44.21%，因此热电总效率约为86.48%。,此为某燃料电池驱动的联供系统。系统提供160kW电量和78kW冷量。高温熔融碳酸盐燃料电池MCFC的排气温度650，用来驱动吸收式制冷机组工作。,650,300,150,20,第5节冷热电联产系统系统设计及设备优化,一、系统设计及设备优化选型,分布式燃气冷热电三联供系统的目标：经济，节能，环保最重要的就是在系统设计和设备选型阶段要考虑全面，设计规划科学、合理，特别是在建筑的冷热电负荷确定和三联供系统构成模式两方面。,1、基本设计方法冷热电三联供系统设计和优化的主要原则是要求能适应各种运行模式和运行工况，并尽量提高系统的能源综合利用率，保证系统运行的经济性。,一、系统设计及设备优化选型,2、设计的原则与要求冷热电三联供系统在系统设置、负荷匹配合理的情况下，冷热电联供系统的优越性才能真正体现出来。根据国内外分布式冷热电联供系统应用的经验，设计时必须注意的问题为：（1）严格按设计流程先进行方案设计；（2）准确预测冷热电负荷及负荷变化规律；（3）根据负荷规律合理确定运行方式；（4）合理选择发电机组类型和容量；（5）最终优化设计冷热电系统。,二、系统设计及设备优化选型,冷热电系统设计通常依据下述原则：1、以电定冷（热）：即根据建筑配电负荷来确定发电机功率。根据发电机尾气余热来配套制冷和制热设备，注重了余热回收效率，再考虑楼宇冷热负荷要求；2、以热（冷）定电：即根据建筑的冷热负荷确定发电机功率。由于项目对能源的需求主要是电力、采暖、制冷和生活热水，其中热力和制冷一般是无法得到外部支持的，而电力可以依靠电网补充，所以在燃气发电装置的选择上，主要依照“以热（冷）定电”的原则，这样可以兼顾余热利用效率和楼宇能源负荷，综合性能好。,二、系统设计及设备优化选型,3、主要设计流程（1）根据建筑种类和建筑规模确定冷、热、电的需求量及日、月负荷规律。（2）确定三联供系统冷热电供应量，提供选型依据。（3）确定动力系统发电机种类、发电容量、发电效率。（4）确定系统余热利用量及方式。（5）设定余热系统运行参数。（6）设定冷热电联供系统运行参数。（7）确定系统运行方式。（8）确定技术及经济指标。包括年发电量、年余热量、年燃料消耗量、余热利用量、余热利用率、系统总效率等。（9）与其他供能方式的技术经济指标进行比较，看是否满足要求。（10）若满足要求，则最终确定系统方案，准备进入施工阶段。若不满足要求，则重新进行机组的选型，调整技术经济指标，直至满足要求为止。,二、系统设计及设备优化选型,4、对环境影响最小冷热电联供是环保型能源供应系统再加上一些低氮处理技术，可使氮氧化物的排放值降得很低。但发电机噪声和振动的危害应在系统设计时合理解决。,二、系统设计及设备优化选型,6、发电系统稳定供电与市电并网冷热电联供系统的稳定经济运行取决于发电机与市电的并网运行，对于100kW的发电机应争取与市电并网，以提高供电的稳定性、连续性和系统运行的经济性。,5、发电机组优化配置宁小勿大应本着宁小勿大的原则确定发电机发电能力和余热利用能力，电力不足部分由市电补充，热、冷不足部分由直燃机或锅炉+吸收式制冷机补充，以保证三联供系统的经济性。避免出现由于设备选择过大、系统长期低效运行的不利情况。,二、系统设计及设备优化选型,7、冷热电负荷的准确预测冷热电负荷的目标是：根据建筑类型、使用规律、建筑围护结构、窗墙比、当地气象条件等预测冬季热负荷和夏季冷负荷月日规律及其峰谷值；分析建筑物各种用电负荷的特点，分别预测电负荷在冬季、夏季和过渡季的月日规律以及峰谷值；详细分析冷热电负荷在一年四季的匹配规律，以便确定合理的发电机容量及系统的运行方式。,二、系统设计及设备优化选型,冷热电负荷的预测的三种基本方法：在实际计算时可根据具体条件选择使用：,第一种,根据现有的建筑规范和建筑物特征，通过对建筑的各组成元素规定计算出一个限值。,第二种,在现有建筑的改造项目中，可根据历史记录的负荷数据，进行进一步的数据分析与计算，采用一定的计算模型对当前建筑负荷的需求量进行估计和预测。,第三种,使用计算机专业软件对建筑及其能耗系统进行模拟,前两种方法计算（统计）方法明确客观，而且可以方便的转化为经济指标，比较容易被接受和运用。,第三种方法是建筑能耗系统效率评价和建筑节能标准规范一致性评估的一种有效方法，针对性好，计算精度高。,二、系统设计及设备优化选型,8、冷热电联产系统构成模式选择针对不同的用户需求，系统方案的可选择范围很大，在系统构成方式和各设备选型时应全面考虑。须解决三大部分如何匹配的问题,余热回收装置（供热）,余热回收装置（供冷）,动力系统和发电系统（供电）,二、系统设计及设备优化选型,（1）不同动力系统的模式选择目前可用于三联供系统的动力发电设备类型很多。回顾课件第一部分，常用的主流类型是小型燃气轮机、内燃机和微燃机，除此之外还有燃料电池等等，应根据用户具体条件选择。,二、系统设计及设备优化选型,（1）不同动力系统的模式选择目前可用于三联供系统的动力发电设备类型很多，常用的主流类型是小型燃气轮机、内燃机和微燃机，除此之外还有燃料电池等等，应根据用户具体条件选择。,启动快,二、系统设计及设备优化选型,（2）不同余热设备的模式选择燃气轮机和微燃机可利用余热的形式主要是烟气；内燃机可利用余热的形式除烟气外，还有大量冷却水。余热利用设备的基本形式可归纳为两类：,第一类,燃气在燃机发电后高温烟气直接进入余热吸收式制冷机（余热直燃机）夏季制冷、冬季得到热水供热。省掉了余热锅炉及相关系统，系统比较简单,第二类,燃气在燃机发电后高温烟气进入余热锅炉或余热直燃机，余热锅炉产生的蒸汽可由吸收式制冷机制冷或直接供热。蒸汽的利用相对容易，蓄热也较方便,（3）制冷与供热方式的选择冷热电联供系统中的制冷系统最常见的是溴化锂制冷机组和氨制冷机组。,第6节冷热电联产实例,一、赤峰市热电联产集中供热示范工程二、蟹岛三联供能源中心,一、赤峰市热电联产集中供热示范工程,清华大学与赤峰市富龙热力公司合作，实施了20万平米吸收换热式热电联产集中供热技术的实验工程，从2008底开始运行。该工程是基于吸收式换热的热电联产集中供热技术的完整示范,包括新型供热首站(设置于富龙热电厂)和热力站(设置于穆家营镇政府热力站)各一座。运行一年之后节能环保经济效应显著，可以大规模推广应用。,换热器,130,70,25,15,冷却塔,汽轮机,采暖抽汽,蒸汽,凝汽器,换热器,换热器,Qh,Qh,为了提高能效、降低排放，热电厂容量越来越大，目前新上热电厂的主力机型是300MW热电联产机组，带来两个问题：1、热网输送能力有限；130-702、凝汽器损失大；,热量损失,一、赤峰市热电联产集中供热示范工程,常规系统,.,47,示范工程整体解决方案首站改进-电厂内：设置余热回收专用机组。小区热力站改进：设置吸收式换热机组；,一、赤峰市热电联产集中供热示范工程,吸收式换热机组,130,20,25,15,冷却塔,汽轮机,采暖抽汽,蒸汽,凝汽器,溴化锂余热回收机组,首站余热回收机组，回收电厂凝汽器余热，采用大温差供热130-20热电厂供热能力提高50%，供热能耗降低50左右，大幅度减少CO2和其他污染物排放，减少冷却水蒸发损失。,首站改进,一、赤峰市热电联产集中供热示范工程,25,15,冷却塔,汽轮机,采暖抽汽,蒸汽,凝汽器,热力站改进,换热器,吸收式换热机组,吸收式换热机组,热力站吸收式换热机组，热网供回水温差由60提高到110，热网供热能力提高了80%；,130,20,65,50,一、赤峰市热电联产集中供热示范工程,130,25,换热首站,穆家营镇政府热力站,富龙热电厂,额定工况,65,50,130,90,75,55,40,0.3MPa(表)8t/h,1.26MW,1.67MW,1.26MW,3.35MW,0.72MW,1.26MW,0.7MW,0.31MW,3.35MW,0.95MW,0.97MW,0.54MW,总供热量8.8MW消耗蒸汽热量5.8MW回收循环水热量3.0MW,一、赤峰市热电联产集中供热示范工程,提高供热能力：热源：通过回收汽轮机凝汽余热，将电厂供热能力增加了120MW，提高了50%。热网：热网供回水温度由120/60，变为120/37，供回水温差由60提高