中國(guó)能源網(wǎng)訊 （8月23日 青島）由中國(guó)能源網(wǎng)攜手中國(guó)企業(yè)投資協(xié)會(huì)、中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)、中國(guó)資源綜合利用協(xié)會(huì)、中國(guó)城市燃?xì)鈪f(xié)會(huì)、中國(guó)沼氣學(xué)會(huì)、中國(guó)可再生能源學(xué)舉辦的以“關(guān)注改革 倡導(dǎo)節(jié)能 推動(dòng)分布式能源快速發(fā)展”為主題的“2011中國(guó)分布式能源國(guó)際研討會(huì)暨展覽會(huì)”8月23日在青島隆重開(kāi)幕。

在23日下午進(jìn)行的“清潔能源的分布式應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)”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(shí)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(gè)簡(jiǎn)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(gè)方面做介紹。

建筑冷熱電聯(lián)供（或稱(chēng)分布式能源）是指在用戶(hù)端實(shí)行冷量、熱量、電能聯(lián)供的技術(shù)。由于這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了能量梯級(jí)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(fù)荷和燃?xì)夤芫W(wǎng)負(fù)荷的不平衡，以及提高用能的安全性等方面的優(yōu)點(diǎn)而被人們所關(guān)注，被認(rèn)為是能源技術(shù)中重要的發(fā)展方向。近年來(lái)，分布式能源在我國(guó)也有較快的發(fā)展，已有許多實(shí)際工程的應(yīng)用實(shí)例。在設(shè)計(jì)、使用冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)時(shí)，總希望盡可能提高能源的利用率和獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

提高燃?xì)獍l(fā)電機(jī)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(hù)對(duì)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(hù)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(wú)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(yùn)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(duì)能源綜合利用率有影響。煙氣是燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組一種主要的余熱形式。顯然，發(fā)電機(jī)組煙氣的溫度愈高，愈利于余熱利用。因?yàn)?，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(jī)組（簡(jiǎn)稱(chēng)雙效煙氣機(jī)），制冷時(shí)的排煙溫度為160℃，實(shí)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(jī)，制冷時(shí)的排煙溫度為130℃，實(shí)際利用熱量占煙氣總熱量的61.8%。不僅如此，煙溫高，煙氣機(jī)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(dāng)余熱煙氣溫度為500℃，采用雙效煙氣機(jī)時(shí)，其煙氣總余熱量轉(zhuǎn)換為制冷量的比率約為1:1；當(dāng)余熱煙氣溫度300℃，采用單效煙氣機(jī)時(shí)，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(shí)的能量綜合利用率的降低。

發(fā)電機(jī)組的另一種余熱形式為熱水，如內(nèi)燃機(jī)既有煙氣余熱，又有熱水（內(nèi)燃機(jī)中的冷卻水）余熱。內(nèi)燃機(jī)通常有不同溫度的冷卻水，不同公司所生產(chǎn)的內(nèi)燃機(jī)冷卻水的溫度及種類(lèi)并不相同，但一般都分為兩類(lèi)——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(wú)直接利用的價(jià)值。

目前國(guó)內(nèi)在建筑冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)中常用的發(fā)電機(jī)組中的原動(dòng)機(jī)有燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、微型燃?xì)廨啓C(jī)和小型燃?xì)廨啓C(jī)。內(nèi)燃機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率較高，一般都大于40%，煙氣溫度350~500℃；小型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電效率一般為24%~38%，煙氣溫度約500℃；微型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)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(jī)，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(yùn)行時(shí)間多于供暖運(yùn)行的時(shí)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(jī)。下面通過(guò)實(shí)例來(lái)進(jìn)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(jī)發(fā)電機(jī)組。該機(jī)組發(fā)電量為360kW，機(jī)組消耗天然氣熱量為1117kW。高溫?zé)崴?29kW，熱水溫度99℃，煙氣量2040Nm3/h，煙氣溫度345℃，設(shè)高溫?zé)崴捎脽崴弯寤囄帐街评錂C(jī)進(jìn)行制冷，選用BDH系列單效型機(jī)組。該機(jī)組的制冷性能系數(shù)約為0.76，因此高溫?zé)崴色@得制冷量250kW。在BE和BDE煙氣機(jī)的樣本中，BE型雙效煙氣機(jī)煙溫在400~500℃范圍內(nèi)有性能數(shù)據(jù)；BDE單效煙氣機(jī)煙溫在260~300℃范圍內(nèi)有性能數(shù)據(jù)。此內(nèi)燃機(jī)的煙溫為345℃，只能估計(jì)其制冷量。設(shè)選用BDE單效煙氣機(jī)，按機(jī)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(guó)外的CH-KE型雙效煙氣機(jī)，該機(jī)可用在煙溫200~340℃范圍內(nèi)。當(dāng)煙溫為340℃時(shí)，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(jī)發(fā)電機(jī)組。該機(jī)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(jī)進(jìn)行比較。如采用BDE型單效煙氣機(jī)，估計(jì)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(jī)，估計(jì)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(jiàn)，配置高效能的余熱利用設(shè)備將會(huì)提高能源綜合利用率。上兩例中，CH-KE雙效煙氣機(jī)的性能系數(shù)為1.02，而B(niǎo)DE單效煙氣機(jī)的性能系數(shù)為0.79。除此之外，CH-KE型雙效煙氣機(jī)還增加了煙氣/溶液熱交換器，進(jìn)一步降低了排煙溫度，也就是說(shuō)充分利用了煙氣中的熱量。目前國(guó)內(nèi)有待開(kāi)發(fā)用于溫度為300℃左右煙氣的高性能的雙效煙氣機(jī)，以適應(yīng)國(guó)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(jī)排煙溫度均在100℃以上。如適用與煙溫500℃左右的雙效煙氣機(jī)，其排煙溫度為160℃；適用于煙溫300℃左右的單效煙氣機(jī)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(jī)制冷時(shí)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?xì)忮仩t中有一種稱(chēng)為冷凝式燃?xì)忮仩t，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?xì)忮仩t，以低位發(fā)熱量計(jì)的熱效率可達(dá)到108%。熱效率大于100%似乎是不可能，其實(shí)是由于利用了燃?xì)飧呶话l(fā)熱量中的潛熱的結(jié)果。

利用煙氣中的潛熱的方法是對(duì)煙氣進(jìn)行冷卻，當(dāng)煙氣溫度降到露點(diǎn)以下時(shí)，煙氣中水蒸氣凝結(jié)，釋放出潛熱。燃?xì)飧呶话l(fā)熱量中的潛熱可根據(jù)天然氣成分計(jì)算獲得。對(duì)天然氣進(jìn)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(jiǎn)單的利用方法，只需設(shè)置煙氣/水換熱器即可實(shí)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(jìn)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(jī)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(xiàn)[2]計(jì)算公式，這些熱水量可供70個(gè)床位醫(yī)院的熱水供應(yīng)。

煙氣余熱可作游泳池的補(bǔ)充加熱用。其熱量用于補(bǔ)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(bǔ)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(dòng)熱泵。燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組排出的高溫?zé)煔庾鳠煔庑臀帐綗岜玫尿?qū)動(dòng)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?zé)煔鉁囟?，高于排放煙氣溫度）熱水供建筑采暖。從而把發(fā)電機(jī)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(shí)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(yùn)行時(shí)的冷卻介質(zhì)。在夏季制冷運(yùn)行時(shí)，煙氣機(jī)的排煙余熱就不利用了。

電動(dòng)熱泵可以是發(fā)電機(jī)組所發(fā)的電驅(qū)動(dòng)或由市電網(wǎng)的電驅(qū)動(dòng)。發(fā)電機(jī)組的高溫?zé)煔怛?qū)動(dòng)煙氣型吸收式冷熱水機(jī)組，夏季供冷，冬季供熱。煙氣機(jī)在冬季運(yùn)行時(shí)的排煙通過(guò)熱交換器回收其中的顯熱與潛熱，作電動(dòng)熱泵的低位熱源。電動(dòng)熱泵在夏季進(jìn)行制冷，煙氣機(jī)的排煙余熱不再利用。

三，排煙余熱作除濕機(jī)熱源。利用物質(zhì)吸收或吸附的原理均可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣除濕（或稱(chēng)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(lái)去除所吸收或吸附的水分，稱(chēng)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(jī)通常需要120℃的空氣來(lái)驅(qū)除所吸收的水分。一般都采用蒸汽、電作能源來(lái)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(wú)法加熱到此溫度時(shí)，也可以加熱到低于120℃的某個(gè)溫度，但此時(shí)除濕機(jī)的除濕能力降低。空氣經(jīng)除濕機(jī)去濕后，溫度升高，因此需設(shè)空氣冷卻器對(duì)空氣進(jìn)行冷卻。這種系統(tǒng)不僅適宜用于空調(diào)中對(duì)新風(fēng)進(jìn)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(guò)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(dāng)煙氣用于制冷時(shí)，采用高性能的煙氣機(jī)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(jì)算兩種煙氣溫度約300℃的發(fā)電機(jī)組，采用高性能煙氣機(jī)后，可使能源綜合利用率分別提高6個(gè)和13個(gè)百分點(diǎn)。

二，煙氣機(jī)的排煙溫度一般都在100℃以上，蘊(yùn)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(guò)程用熱。