不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法
【專利摘要】一種不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法,其特征在于：該方法步驟包括供暖方式分析、各系統(tǒng)能效計(jì)算方法及算例與分析方法。本發(fā)明將幾種供暖方式的能效進(jìn)行深入的比較與分析后，從而探討出了不同環(huán)境下的最佳供暖方式，其很好的解決了以往所存在的問題，利于在供暖領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
【專利說明】
不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法
技術(shù)領(lǐng)域 [0001] :本發(fā)明涉及一種不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法。
【背景技術(shù)】 [0002] :隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源消耗總量也在急劇增加。在目前我 國的能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)中，化石燃料，尤其是燃煤仍然占據(jù)了最大的份額。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2014年我國 消耗的煤炭總量超過了 40億噸。在這巨量的煤炭消耗中，有超過10億噸的煤炭被用于居民 采暖。而隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷增加，未來在我國的很多地區(qū)將出現(xiàn)更多的小城鎮(zhèn)，而 地處北方的小城鎮(zhèn)的居民在冬季均需要供暖;另一方面，隨著人們生活水平的不斷提升，南 方冬季供暖的呼聲也日益高漲，因此今后南方城鎮(zhèn)居民生活供暖也可能是一個(gè)必然的發(fā)展 趨勢。所以，我國用于居民采暖的能源消耗還將進(jìn)一步增加。
[0003]在這最近的幾年中，我國大部分地區(qū)的霧霾有越發(fā)嚴(yán)重的趨勢，尤其是在北方的 冬季。在北方，由于冬季氣溫較低，地面空氣容易形成逆溫層，導(dǎo)致地面污染物不易擴(kuò)散，因 此霧霾會更加嚴(yán)重。而在北方的冬季，又是供暖季，是燃煤消耗最多的時(shí)候，如果大量的小 型采暖鍋爐環(huán)保設(shè)施不能夠滿足國家排放標(biāo)準(zhǔn)，會進(jìn)一步導(dǎo)致霧霾加劇。
[0004]在目前的城鎮(zhèn)居民供暖中，最常見的方式是燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖方式、小型鍋 爐供暖方式以及分布式能源供暖方式等。但不同的供暖方式其能源利用能效是不相同的。
[0005] 此外，對于家庭中的取暖設(shè)備而言，地暖以及風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)因?yàn)楣?jié)能以及舒 適性越來越受青睞，相比較常規(guī)的暖氣片而言，地暖以及風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)的供暖水溫40 ~50°C即可滿足一般家庭的采暖需求。而風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)不僅可以用來供暖，在夏天時(shí) 還可以用來制冷。
[0006] 因此為了提高城鎮(zhèn)居民供暖過程中的能源利用效率，降低城鎮(zhèn)居民供暖的燃煤消 耗，并盡最大可能保護(hù)自然環(huán)境，結(jié)合地暖或風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)，需要對幾種供暖方式的能 效進(jìn)行深入的比較與分析，從而探討不同環(huán)境下的最佳供暖方式。

【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0007] 發(fā)明目的：發(fā)明提供一種不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法，其目的是解決 以往所存在的問題。
[0008] 技術(shù)方案:發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0009] -種不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法，其特征在于:該方法步驟包括供暖 方式分析、各系統(tǒng)能效計(jì)算方法及算例與分析方法。
[0010]該方法的具體步驟如下：
[0011]供暖方式分析
[0012] (1)、集中供暖方式
[0013] 集中供暖系統(tǒng)，即由供熱站通過大型管網(wǎng)將熱量輸送至各居民用戶，假定每個(gè)熱 用戶暖氣系統(tǒng)內(nèi)的水流量為nu，進(jìn)出水的溫度分別為^與"，，那么可以定義供暖系統(tǒng)的供 熱效率％為：
[0015]式中hi與V i分布對應(yīng)溫度為ti與V i時(shí)熱水洽值，h與h'分別代表供熱站出水與回 水的焓值；
[0016] (2)分布式供暖系統(tǒng)
[0017] 與集中供暖系統(tǒng)相比，分布式供暖系統(tǒng)一般是以大型建筑物、學(xué)校、醫(yī)院或居民小 區(qū)等為單位的熱用戶，從供熱規(guī)模上看，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于集中供暖系統(tǒng)；
[0018] 分布式供暖系統(tǒng)的熱源是小型的熱水或蒸汽鍋爐，或是小型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組， 或者采用大型的壓縮式熱栗系統(tǒng)，以電力為動力，從環(huán)境空氣、河水或土壤中抽取熱量進(jìn)行 供暖；
[0019] 各系統(tǒng)能效計(jì)算
[0020] (1)熱水鍋爐：
[0021] 對于小型采暖鍋爐供暖系統(tǒng)，假定鍋爐效率為nb，同時(shí)忽略掉鍋爐所消耗的電量 w2,那么小型鍋爐供暖系統(tǒng)的熱能利用系數(shù)為：
[0022] Ah=nb￡anh (2)
[0023] 式中ea為吸收式熱栗的制熱系數(shù)，對于沒有吸收式熱栗的熱水鍋爐，ea=l;
[0024] (2)、燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng)
[0025] 對于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，定義汽輪機(jī)的發(fā)電效率為：
[0027]式中Wf為汽輪機(jī)的發(fā)電量，Q3為進(jìn)入汽輪機(jī)的熱量，或不考慮管道損失時(shí)為鍋爐的 輸出熱量；
[0028]定義汽輪機(jī)的熱電比為：
[0030]式中Q5為汽輪機(jī)的供熱量；
[0031] 此時(shí)燃煤熱電集中供暖系統(tǒng)的供電系數(shù)為：
[0032] Ae = nbnt(l-1) (5)
[0033] 式中1為廠用電率；
[0034] 熱能利用系數(shù)為：
[0035] Ah=nbntaea% (6)
[0036] 對于沒有吸收式熱栗的系統(tǒng)，ea=l;
[0037] (3)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng) [0038]假定燃機(jī)效率為：
[0040]那么燃?xì)鉄犭娂泄┡到y(tǒng)的供電系數(shù)為：
[0041] λ0= (%+nbnt-%nbnt) (l-l) (8)
[0042] 熱能利用系數(shù)為：
[0043] Ah=(l-ng)nbntaeanh (9)
[0044] ε3=1；
[0045] (4)、小型分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組：
[0046] 小型分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組由于規(guī)模較小，一般不采用聯(lián)合動力循環(huán)，而是由 發(fā)動機(jī)的排氣產(chǎn)生熱水或蒸汽直接供暖，當(dāng)然，為了提高供暖量，用余熱鍋爐所產(chǎn)生的熱水 或蒸汽驅(qū)動吸收式熱栗，分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組采用小型燃?xì)廨啓C(jī)為動力裝置，或采用 大型燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為動力裝置，對于以小型燃?xì)廨啓C(jī)為動力裝置的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，其供電系 數(shù)為：
[0047] λβ = %(1-1) (10)
[0048] 熱能利用系數(shù)為：
[0049] Ah=(l-%)nbea (11)
[0050] ε3= 1 ；
[0051] (5)、壓縮式熱栗系統(tǒng)：
[0052] 該系統(tǒng)為電力驅(qū)動的大型壓縮式熱栗，為了分析方便，假定該大型熱栗由大型超 超臨界純凝式火力發(fā)電機(jī)組所發(fā)電力驅(qū)動，因此如果熱栗的制熱系數(shù)為ε。，大型純凝式火 電機(jī)組與熱栗組合系統(tǒng)的供電系數(shù)為：
[0054]算例與分析
[0055] (1 )、小型鍋爐供暖系統(tǒng)：
[0056] 采用小型鍋爐為熱源的供暖系統(tǒng)，由于鍋爐的容量比較小，所以鍋爐效率也相對 較低，在計(jì)算中取鍋爐效率為0.8~0.85,但是因?yàn)殄仩t的出水溫度或蒸汽溫度可以較高， 所以吸收式熱栗的制熱系數(shù)可以較大，取吸收式熱栗的制熱系數(shù)為1.65~2.5;對于分布式 小型鍋爐供暖系統(tǒng)，由于供熱管路距離很短，則有％~1，而對于大型集中供暖系統(tǒng)，管網(wǎng)效 率取值為〇. 5~0.9，系統(tǒng)能效計(jì)算結(jié)果如表1所示；
[0057]表1小型鍋爐供暖系統(tǒng)能效系數(shù)
[0059] 在表1中可以看出，采用吸收式熱栗以后，供暖系統(tǒng)的能效系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無熱栗 系統(tǒng)；另外，由于管網(wǎng)的散熱較大，所以分散式的供暖系統(tǒng)其能效系數(shù)要高于集中供暖系 統(tǒng)；
[0060] (2)、燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)：
[0061] 為了便于同小型鍋爐供暖系統(tǒng)的比較與分析，定義了熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組總的供熱系數(shù) 為：
[0062] At = Ah+q (14)
[0063] 式中q為電量折算供熱量：
[0064] q = ece (15)
[0065] 式中e為外供電量；
[0066] 計(jì)算中取大型壓縮式熱栗的制熱系數(shù)￡。= 3~5,燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng)的能 效計(jì)算結(jié)果參數(shù)見表2;
[0067] 在表2中，由于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的容量范圍較大，既有小型背壓式機(jī)組，也有大 型抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，所以鍋爐效率的取值范圍也比較大，同樣的，汽輪機(jī)的發(fā)電效率以 及廠用電率取值范圍也較大;在計(jì)算中熱電比的取值最小為〇. 5，取最大值時(shí)意味著該機(jī)組 為背壓式機(jī)組;此外，由于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供暖熱源為抽汽或汽輪機(jī)排汽，所以其參數(shù)不可 能太高，因此如果以抽汽或汽輪機(jī)排汽為吸收式熱栗的驅(qū)動熱源，那么吸收式熱栗的制熱 系數(shù)相對會低，因此在本部分中吸收式熱栗的制熱系數(shù)取值為1.65~1.85;
[0068] 在表2中可以看出，對于有吸收式熱栗的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)供暖系統(tǒng)其供熱系數(shù)與總 的供熱系數(shù)均要超過沒有按照吸收式熱栗的機(jī)組，而在現(xiàn)實(shí)中，也有越來越多的熱電聯(lián)產(chǎn) 機(jī)組開始安裝吸收式熱栗來提高機(jī)組的供暖功率，背壓機(jī)配合吸收式熱栗則機(jī)組的節(jié)能效 果更好，此外，隨著汽輪機(jī)發(fā)電效率的提高，機(jī)組的最大供熱效率不斷降低；
[0069] 表2燃煤集中供暖系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)
[0070]
[0071] (3)、燃?xì)饴?lián)合動力循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)：
[0072] 以天然氣為燃料的聯(lián)合動力循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng)的能效計(jì)算參數(shù)取值范 圍見表3,計(jì)算結(jié)果見表4;
[0073] 表3燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組計(jì)算參數(shù)取值范圍
[0075]表4燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組能效計(jì)算結(jié)果
[0077]從表4中可以看出，由于聯(lián)合動力循環(huán)機(jī)組的供電系數(shù)很高，所以其供熱系數(shù)較 低，即使增加了吸收式熱栗以后也要低于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，但是如果計(jì)算了總的供熱系 數(shù)以后，則供熱系數(shù)很高，大大超過了燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組；
[0078] (4)、分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)：
[0079]表5分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)取值范圍
[0081] 以天然氣為燃料的分布式熱電聯(lián)產(chǎn)供暖系統(tǒng)的能效計(jì)算參數(shù)取值范圍見表5,計(jì) 算結(jié)果見表6;
[0082] 由于小型燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)的排氣溫度很高，一般不低于400°C，所以余熱鍋爐內(nèi) 所產(chǎn)生的熱水或蒸汽的溫度也很高，因此吸收式熱栗的制熱系數(shù)較高，另外，除了必要的照 明及水栗的耗電之外，小型分布式燃?xì)鉄犭姍C(jī)組的自身耗電量較少，所以廠用電率近似為 〇；
[0083] 表6分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)能效計(jì)算結(jié)果
[0085]在表6中，由于內(nèi)燃機(jī)的氣缸冷卻水中所攜帶的熱量也能夠供熱，所以對于沒有熱 栗的分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其供熱系數(shù)大致相等，但因?yàn)榇笮蛢?nèi)燃機(jī)的熱效率稍高于 小型燃機(jī)的效率，所以無熱栗時(shí)總的供熱系數(shù)要更高，但如果有吸收式熱栗時(shí)，因?yàn)樾∪紮C(jī) 排氣中所含熱量更多，因此帶有吸收式熱栗的分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)總的供熱系數(shù)更 尚；
[0086] (5)、壓縮式熱栗系統(tǒng)：
[0087]對于熱栗供暖系統(tǒng)，是小型家用空調(diào)，或是大型壓縮式熱栗，其系統(tǒng)能效計(jì)算結(jié)果 見表7;
[0088]表7壓縮式熱栗系統(tǒng)能效系數(shù)
[0090] 從表7中可以看出，由于大型超超臨界機(jī)組的鍋爐效率、汽輪機(jī)效率很高，同時(shí)廠 用電率很小，所以其供電系數(shù)很高，配合大型壓縮式熱栗以后，總的供熱系數(shù)較高；
[0091] (6)各系統(tǒng)的綜合對比與分析：
[0092] 通過對不同供暖系統(tǒng)性能參數(shù)的計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合動力循環(huán)熱 電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有最高的性能系數(shù)，其次是分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)，而性能系數(shù)最低 的是不安裝吸收式熱栗的小型鍋爐采暖系統(tǒng)，因此在燃?xì)夤?yīng)充足、環(huán)保要求較高的區(qū)域 可以根據(jù)實(shí)際熱負(fù)荷的大小優(yōu)選建設(shè)大型燃?xì)饴?lián)合動力循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組或分布式燃?xì)?熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)，如果與吸收式熱栗組合，在冬季除了可以滿足供暖需求以外，還能在夏 季利用發(fā)電余熱提供制冷服務(wù)，實(shí)現(xiàn)熱電冷三聯(lián)供，即使在天然氣供應(yīng)不充分地區(qū)，在不能 配套安裝吸收式熱栗機(jī)組情況下，小型鍋爐采暖系統(tǒng)也不建議使用，采用大型壓縮式熱栗 或熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組提供供暖服務(wù)可能是更好的選擇。
[0093] 集中供暖方式中，集中供暖系統(tǒng)熱源有幾種，第一種熱源是熱水或蒸汽鍋爐，但因 為鍋爐產(chǎn)生的熱水或蒸汽所含熱量的品質(zhì)較高，而居民采暖中，如果采用地暖方式，其所用 的熱量品位較低，所以為了提高供熱量或?yàn)榱私档腿剂舷牧?，可以附加吸收式熱栗，從?氣、河水或土壤中吸取一定的熱量供暖;第二種熱源是熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組根據(jù)所 用燃料不同，又有燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，以及以天然氣為燃料的聯(lián)合動力循環(huán)機(jī)組；當(dāng)然，為 了提高機(jī)組的供熱效率，或者提高機(jī)組的供熱量，也可以附加吸收式熱栗，吸收式熱栗的驅(qū) 動熱源一般是汽輪機(jī)的抽汽，在供熱量很大時(shí)，汽輪機(jī)可以采用背壓式，即汽輪機(jī)的全部排 出熱量都用來供暖。
[0094] 小型分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組中，對于以燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為動力裝置的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī) 組，由于內(nèi)燃機(jī)在工作中為了防止氣缸過熱，需要一定的冷卻水來冷卻氣缸，氣缸的冷卻水 在出水溫度較高時(shí)，可以用于供暖，因此采用內(nèi)燃機(jī)為動力的分布式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供電 系數(shù)仍可以采用式(10)計(jì)算，但其熱能利用系數(shù)需采用下式計(jì)算：
[0095] 4 = <p(l - η,, }].εα + (l - </?)(] -η,) ( 12 )
[0096] 式中Φ為內(nèi)燃機(jī)排氣熱量比，即廢氣中所攜帶熱量與冷卻水中所攜帶熱量的比 值。
[0097] 對比表2與表7可以發(fā)現(xiàn)，采用電力驅(qū)動的大型壓縮式熱栗供暖方式因?yàn)榇笮统?臨界火電機(jī)組的效率很高、同時(shí)如果采用水源或土壤源等高制熱系數(shù)熱栗并配合地暖或風(fēng) 機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)，在沒有管網(wǎng)散熱的情況下，其總的供熱效率超過了無吸收式熱栗、汽輪機(jī) 發(fā)電效率為〇 . 4的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，或者安裝了吸收式熱栗、汽輪機(jī)發(fā)電效率為0.3時(shí)的 燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)；
[0098] 我國部分小型背壓式汽輪機(jī)的性能參數(shù)如表8所示，對比表8及表2中參數(shù)，即使是 50MW的背壓式汽輪機(jī)，并安裝了吸收式熱栗時(shí)，最大供暖系數(shù)也不到1.96,小于大型超超臨 界火電機(jī)組與大型壓縮式熱栗組合的最大供熱系數(shù)，因此盡管按照相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，小型 背壓式燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供電煤耗很低，甚至其計(jì)算值不高于200g/kWh，但并不代表該 機(jī)組很節(jié)能，因?yàn)橄嗤娜济?，通過在大型超超臨界機(jī)組中發(fā)電，電力通過壓縮式熱栗提供 相同的供暖負(fù)荷后，剩余電力仍然要超過其發(fā)電量，如果算上環(huán)保成本等因素，而且小型熱 電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在夏天非供暖期如果以純凝狀態(tài)運(yùn)行，那么小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的能效指標(biāo)會更 低;表8國產(chǎn)部分背壓式小型汽輪機(jī)性能參數(shù)
[0100]另一方面，由于我國近年來大力鼓勵新能源與可再生能源的發(fā)展，火電在我國電 力供應(yīng)結(jié)構(gòu)中的比重在不斷下降；2014年我國單機(jī)6000kW及以上機(jī)組的電力裝機(jī)容量與發(fā) 電量見表9;
[0101]表9我國電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)與發(fā)電量構(gòu)成
[0104] 從表9中可以看出，在我國發(fā)電量的構(gòu)成中，火力發(fā)電量僅占總發(fā)電量的75%左 右，其余25%的電力由不排放C02的其他能源提供，因此，采用大型熱栗系統(tǒng)，實(shí)際上相當(dāng)于 有25%的能源來源于非化石燃料，大大減輕了供暖期的C0 2排放量；
[0105] 采用壓縮式熱栗供暖方式也大大提高我國目前電力設(shè)備的利用小時(shí)數(shù)，比如根據(jù) 表9,2014年全國火電機(jī)組的平均利用小時(shí)數(shù)僅有4600小時(shí)左右，采用電力供暖，提高火電 設(shè)備的利用小時(shí)數(shù)，可以進(jìn)一步降低火電設(shè)備的單位能耗，比如某百萬機(jī)組在滿負(fù)荷時(shí)供 電煤耗為287g/kWh，但在80%負(fù)荷時(shí)供電煤耗提高至2968/1^11，在60%負(fù)荷時(shí)進(jìn)一步上升 至314g/kWh，此外，采用壓縮式熱栗對于相對于小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，相當(dāng)于鍋爐尾氣集中處 理，大大提高了污染物的處理成本;大型壓縮式熱栗不僅可以再冬季能夠供暖，在夏季還可 以為用戶提供制冷服務(wù)，當(dāng)然，為了能夠更好的提供制冷服務(wù)，用戶需安裝風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系 統(tǒng)；
[0106] 當(dāng)然，采用大型壓縮式熱栗節(jié)能的前提是熱栗的制熱系數(shù)要足夠的高，這個(gè)時(shí)候 需要考慮熱栗所處的工作環(huán)境，比如在長江流域甚至大部分的華北地區(qū)都可以使用，用其 替代小型采暖鍋爐是合理的；
[0107] 在東北以及內(nèi)蒙等冬季嚴(yán)寒地區(qū)，由于熱栗的制熱系數(shù)較低，能效系數(shù)反而不及 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，此時(shí)應(yīng)該優(yōu)先建設(shè)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，根據(jù)表2,熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組汽輪機(jī)的發(fā) 電效率應(yīng)該盡可能的提高，系統(tǒng)總的能效系數(shù)才會更高。
[0108] 優(yōu)點(diǎn)效果：
[0109] 本發(fā)明提供一種不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法，本發(fā)明將幾種供暖方式 的能效進(jìn)行深入的比較與分析后，從而探討出了不同環(huán)境下的最佳供暖方式，其很好的解 決了以往所存在的問題，利于在供暖領(lǐng)域推廣應(yīng)用。
【附圖說明】：
[0110]圖1是集中供暖系統(tǒng)示意圖；
[0111]圖2為熱水鍋爐系統(tǒng)示意圖；
[0112]圖3為燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組示意圖；
[0113] 圖4為燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組示意圖；
[0114] 圖5為小型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組示意圖；
[0115] 圖6為大型壓縮式熱栗系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0116] 如圖所示，本發(fā)明提供一種不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法，具體如下：
[0117] 1供暖方式
[0118] 1.1集中供暖方式
[0119] 集中供暖系統(tǒng)如圖1所示，即由供熱站通過大型管網(wǎng)將熱量輸送至各居民用戶。在 圖1中，假定每個(gè)熱用戶暖氣系統(tǒng)內(nèi)的水流量為nu，進(jìn)出水的溫度分別為^與七^，那么可以 定義供暖系統(tǒng)的供熱效率％為：
[0121] 式中hi與分布對應(yīng)溫度為ti與時(shí)熱水焓值，h與h'分別代表供熱站出水與回 水的焓值。
[0122] 集中供暖系統(tǒng)熱源有幾種，第一種熱源是熱水或蒸汽鍋爐，但因?yàn)殄仩t產(chǎn)生的熱 水或蒸汽所含熱量的品質(zhì)較高，而居民采暖中，如果采用地暖方式，其所用的熱量品位較 低，所以為了提高供熱量或?yàn)榱私档腿剂舷牧浚梢愿郊游帐綗崂?，從空氣、河水或?壤中吸取一定的熱量供暖，如圖2所示;第二種熱源是熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組根據(jù)所 用燃料不同，又有燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，見圖3,以及以天然氣為燃料的聯(lián)合動力循環(huán)機(jī)組，見 圖4。當(dāng)然，為了提高機(jī)組的供熱效率，或者提高機(jī)組的供熱量，也可以附加吸收式熱栗，如 圖3b以及圖4b所示。吸收式熱栗的驅(qū)動熱源一般是汽輪機(jī)的抽汽，在供熱量很大時(shí)，汽輪機(jī) 可以采用背壓式，即汽輪機(jī)的全部排出熱量都用來供暖。
[0123] 1.2分布式供暖系統(tǒng)
[0124] 與集中供暖系統(tǒng)相比，分布式供暖系統(tǒng)一般是以大型建筑物、學(xué)校、醫(yī)院或居民小 區(qū)等為單位的熱用戶，從供熱規(guī)模上看，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于集中供暖系統(tǒng)。
[0125] 分布式供暖系統(tǒng)的熱源可以是小型的熱水或蒸汽鍋爐，如圖2所示;也可以是小型 燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組，如圖5所示;或者采用大型的壓縮式熱栗系統(tǒng)，以電力為動力，從環(huán)境空 氣、河水或土壤中抽取熱量進(jìn)行供暖，如圖6所示。
[0126] 3各系統(tǒng)能效計(jì)算
[0127] 3.1熱水鍋爐
[0128] 對于如圖2所示的小型采暖鍋爐供暖系統(tǒng)，假定鍋爐效率為rib，同時(shí)忽略掉鍋爐所 消耗的電量W2,那么小型鍋爐供暖系統(tǒng)的熱能利用系數(shù)為：
[0129] Ah=nb￡anh (2)
[0130] 式中ea為吸收式熱栗的制熱系數(shù)，對于沒有吸收式熱栗的熱水鍋爐，ea=l。
[0131] 3.2燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng)
[0132] 對于如圖3所示的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，定義汽輪機(jī)的發(fā)電效率為：
[0134] 式中Wf為汽輪機(jī)的發(fā)電量，Q3為進(jìn)入汽輪機(jī)的熱量，或不考慮管道損失時(shí)為鍋爐的 輸出熱量。
[0135] 定義汽輪機(jī)的熱電比為：
[0137]式中Q5為汽輪機(jī)的供熱量。
[0138] 此時(shí)燃煤熱電集中供暖系統(tǒng)的供電系數(shù)為：
[0139] Ae = nbnt(l-1) (5)
[0140] 式中1為廠用電率。
[0141] 熱能利用系數(shù)為：
[0142] Ah=nbntaea% (6)
[0143] 對于圖3a中的沒有吸收式熱栗的系統(tǒng)，ea= 1。
[0144] 3.3燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng)
[0145] 在圖4中，假定燃機(jī)效率為
[0147] 那么燃?xì)鉄犭娂泄┡到y(tǒng)的供電系數(shù)為：
[0148] λ0= (%+nbnt-%nbnt) (l-l) (8)
[0149] 熱能利用系數(shù)為：
[0150] Ah=(l-ng)nbntaeanh (9)
[0151] 對于圖 4a，ea=l。
[0152] 3.4小型分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組
[0153] 小型分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組由于規(guī)模較小，一般不采用聯(lián)合動力循環(huán)，而是由 發(fā)動機(jī)的排氣產(chǎn)生熱水或蒸汽直接供暖，當(dāng)然，為了提高供暖量，可以用余熱鍋爐所產(chǎn)生的 熱水或蒸汽驅(qū)動吸收式熱栗。分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組可以采用小型燃?xì)廨啓C(jī)為動力裝 置，也可以采用大型燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為動力裝置，見圖5。對于以小型燃?xì)廨啓C(jī)為動力裝置的熱 電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，其供電系數(shù)為：
[0154] λβ = %(1-1) (10)
[0155] 熱能利用系數(shù)為：
[0156] Ah=(l-%)nbea (11)
[0157] 對于圖 5a，ea=l。
[0158] 而對于以燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為動力裝置的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，由于內(nèi)燃機(jī)在工作中為了防止 氣缸過熱，需要一定的冷卻水來冷卻氣缸，氣缸的冷卻水在出水溫度較高時(shí)，可以用于供 暖，因此采用內(nèi)燃機(jī)為動力的分布式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供電系數(shù)仍可以采用式（10)計(jì)算，但 其熱能利用系數(shù)需采用下式計(jì)算：
[0159] lk = φ(?-ng}]?ε? + (1 -(/9j(! -ng) 02)
[0160] 式中Φ為內(nèi)燃機(jī)排氣熱量比，即廢氣中所攜帶熱量與冷卻水中所攜帶熱量的比 值。
[0161] 3.5壓縮式熱栗系統(tǒng)
[0162] 圖6所示的系統(tǒng)為電力驅(qū)動的大型壓縮式熱栗，為了分析方便，假定該大型熱栗由 大型超超臨界純凝式火力發(fā)電機(jī)組所發(fā)電力驅(qū)動，因此如果熱栗的制熱系數(shù)為ε。，大型純 凝式火電機(jī)組與熱栗組合系統(tǒng)的供電系數(shù)為：
[0164] 4算例與分析
[0165] 4.1小型鍋爐供暖系統(tǒng)
[0166] 采用小型鍋爐為熱源的供暖系統(tǒng)，由于鍋爐的容量比較小，所以鍋爐效率也相對 較低，在計(jì)算中取鍋爐效率為0.8~0.85,但是因?yàn)殄仩t的出水溫度或蒸汽溫度可以較高， 所以吸收式熱栗的制熱系數(shù)可以較大，取吸收式熱栗的制熱系數(shù)為1.65~2.5【1】;對于分 布式小型鍋爐供暖系統(tǒng)，由于供熱管路距離很短，則有％~1，而對于大型集中供暖系統(tǒng)，管 網(wǎng)效率取值為0.5~0.9【2】。系統(tǒng)能效計(jì)算結(jié)果如表1所示。
[0167] 表1小型鍋爐供暖系統(tǒng)能效系數(shù)
[0169] 在表1中可以看出，采用吸收式熱栗以后，供暖系統(tǒng)的能效系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無熱栗 系統(tǒng)；另外，由于管網(wǎng)的散熱較大，所以分散式的供暖系統(tǒng)其能效系數(shù)要高于集中供暖系 統(tǒng)。
[0170] 4.2燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)
[0171] 為了便于同小型鍋爐供暖系統(tǒng)的比較與分析，定義了熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組總的供熱系數(shù) 為：
[0172] At = Ah+q (14)
[0173] 式中q為電量折算供熱量：
[0174] q = ece (15)
[0175] 式中e為外供電量。
[0176] 計(jì)算中取大型壓縮式熱栗的制熱系數(shù)￡。= 3~5,燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng)的能 效計(jì)算結(jié)果參數(shù)見表2。
[0177] 在表2中，由于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的容量范圍較大，既有小型背壓式機(jī)組，也有大 型抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，所以鍋爐效率的取值范圍也比較大，同樣的，汽輪機(jī)的發(fā)電效率以 及廠用電率取值范圍也較大;根據(jù)2011年6月30日國家發(fā)展和改革委員會修改后的《關(guān)于發(fā) 展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》（計(jì)基礎(chǔ)〔2000〕1268號）中相關(guān)規(guī)定，在計(jì)算中熱電比的取值最小為 0.5,取最大值時(shí)意味著該機(jī)組為背壓式機(jī)組;此外，由于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供暖熱源為抽汽 或汽輪機(jī)排汽，所以其參數(shù)不可能太高，因此如果以抽汽或汽輪機(jī)排汽為吸收式熱栗的驅(qū) 動熱源，那么吸收式熱栗的制熱系數(shù)相對會低，因此在本部分中吸收式熱栗的制熱系數(shù)取 值為1.65~1.85。
[0178] 在表2中可以看出，對于有吸收式熱栗的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)供暖系統(tǒng)其供熱系數(shù)與總 的供熱系數(shù)均要超過沒有按照吸收式熱栗的機(jī)組，而在現(xiàn)實(shí)中，也有越來越多的熱電聯(lián)產(chǎn) 機(jī)組開始安裝吸收式熱栗來提高機(jī)組的供暖功率，如果是背壓機(jī)配合吸收式熱栗則機(jī)組的 節(jié)能效果會更好。此外，隨著汽輪機(jī)發(fā)電效率的提高，機(jī)組的最大供熱效率不斷降低，這是 因?yàn)橛懈嗟臒崮苻D(zhuǎn)換為電力，但總的供熱系數(shù)卻在不斷增加。
[0179]表2燃煤集中供暖系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)
[0181] 4.3燃?xì)饴?lián)合動力循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)
[0182] 以天然氣為燃料的聯(lián)合動力循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng)的能效計(jì)算參數(shù)取值范 圍見表3,計(jì)算結(jié)果見表4。
[0183] 表3燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組計(jì)算參數(shù)取值范圍
[0185]表4燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組能效計(jì)算結(jié)果
[0188]從表4中可以看出，由于聯(lián)合動力循環(huán)機(jī)組的供電系數(shù)很高，所以其供熱系數(shù)較 低，即使增加了吸收式熱栗以后也要低于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，但是如果計(jì)算了總的供熱系 數(shù)以后，則供熱系數(shù)很高，大大超過了燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。4.4分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng) [0189]表5分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)取值范圍
[0191]以天然氣為燃料的分布式熱電聯(lián)產(chǎn)供暖系統(tǒng)的能效計(jì)算參數(shù)取值范圍見表5,計(jì) 算結(jié)果見表6。
[0192] 由于小型燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)的排氣溫度很高，一般不低于400°C，所以余熱鍋爐內(nèi) 所產(chǎn)生的熱水或蒸汽的溫度也可以很高，因此吸收式熱栗的制熱系數(shù)可以較高。另外，除了 必要的照明及水栗的耗電之外，小型分布式燃?xì)鉄犭姍C(jī)組的自身耗電量較少，所以廠用電 率近似為〇。根據(jù)某國產(chǎn)大型2MW等級燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)的性能參數(shù)，其氣缸冷卻水出水溫度為80 °C左右，所攜帶的熱量與廢氣中所含的熱量大致相當(dāng)，所以Φ~1。
[0193] 表6分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)能效計(jì)算結(jié)果
[0196] 在表6中，由于內(nèi)燃機(jī)的氣缸冷卻水中所攜帶的熱量也能夠供熱，所以對于沒有熱 栗的分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其供熱系數(shù)大致相等，但因?yàn)榇笮蛢?nèi)燃機(jī)的熱效率稍高于 小型燃機(jī)的效率，所以無熱栗時(shí)總的供熱系數(shù)要更高。但如果有吸收式熱栗時(shí)，因?yàn)樾∪紮C(jī) 排氣中所含熱量更多，因此帶有吸收式熱栗的分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)總的供熱系數(shù)更 尚。
[0197] 4.5壓縮式熱栗系統(tǒng)
[0198] 對于熱栗供暖系統(tǒng)，可以是小型家用空調(diào)，也可以是大型壓縮式熱栗，其系統(tǒng)能效 計(jì)算結(jié)果見表7。
[0199] 表7壓縮式熱栗系統(tǒng)能效系數(shù)
[0201]從表7中可以看出，由于大型超超臨界機(jī)組的鍋爐效率、汽輪機(jī)效率很高，同時(shí)廠 用電率很小，所以其供電系數(shù)很高，配合大型壓縮式熱栗以后，總的供熱系數(shù)較高。
[0202] 4.6各系統(tǒng)的綜合對比與分析
[0203] 通過對不同供暖系統(tǒng)性能參數(shù)的計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合動力循環(huán)熱 電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有最高的性能系數(shù)，其次是分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)，而性能系數(shù)最低 的是不安裝吸收式熱栗的小型鍋爐采暖系統(tǒng)。因此在燃?xì)夤?yīng)充足、環(huán)保要求較高的區(qū)域 可以根據(jù)實(shí)際熱負(fù)荷的大小優(yōu)選建設(shè)大型燃?xì)饴?lián)合動力循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組或分布式燃?xì)?熱電聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)，如果與吸收式熱栗組合，在冬季除了可以滿足供暖需求以外，還可以在 夏季利用發(fā)電余熱提供制冷服務(wù)，實(shí)現(xiàn)熱電冷三聯(lián)供。即使在天然氣供應(yīng)不充分地區(qū)，在不 能配套安裝吸收式熱栗機(jī)組情況下，小型鍋爐采暖系統(tǒng)也不建議使用，采用大型壓縮式熱 栗或熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組提供供暖服務(wù)可能是更好的選擇。
[0204] 對比表2與表7可以發(fā)現(xiàn)，采用電力驅(qū)動的大型壓縮式熱栗供暖方式因?yàn)榇笮统?臨界火電機(jī)組的效率很高、同時(shí)如果采用水源或土壤源等高制熱系數(shù)熱栗并配合地暖或風(fēng) 機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)，在沒有管網(wǎng)散熱的情況下，其總的供熱效率超過了無吸收式熱栗、汽輪機(jī) 發(fā)電效率為〇 . 4的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，或者安裝了吸收式熱栗、汽輪機(jī)發(fā)電效率為0.3時(shí)的 燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。
[0205] 根據(jù)《中小型熱電聯(lián)產(chǎn)工程設(shè)計(jì)手冊》，我國部分小型背壓式汽輪機(jī)的性能參數(shù)如 表8所示。對比表8及表2中參數(shù)，即使是50MW的背壓式汽輪機(jī)，并安裝了吸收式熱栗時(shí)，最大 供暖系數(shù)也不到1.96,小于大型超超臨界火電機(jī)組與大型壓縮式熱栗組合的最大供熱系 數(shù)。因此盡管按照相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，小型背壓式燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供電煤耗很低，甚至其 計(jì)算值不高于200g/kWh，但并不代表該機(jī)組很節(jié)能。因?yàn)橄嗤娜济?，通過在大型超超臨界 機(jī)組中發(fā)電，電力通過壓縮式熱栗提供相同的供暖負(fù)荷后，剩余電力仍然要超過其發(fā)電量。 如果算上環(huán)保成本等因素，而且小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在夏天非供暖期如果以純凝狀態(tài)運(yùn)行， 那么小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的能效指標(biāo)會更低。
[0206] 表8國產(chǎn)部分背壓式小型汽輪機(jī)性能參數(shù)
[0208]另一方面，由于我國近年來大力鼓勵新能源與可再生能源的發(fā)展，火電在我國電 力供應(yīng)結(jié)構(gòu)中的比重在不斷下降。2014年我國單機(jī)6000kW及以上機(jī)組的電力裝機(jī)容量與發(fā) 電量見表9。
[0209]表9我國電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)與發(fā)電量構(gòu)成
[0211] 從表9中可以看出，在我國發(fā)電量的構(gòu)成中，火力發(fā)電量僅占總發(fā)電量的75%左 右，其余25%的電力由不排放C02的其他能源提供，因此，采用大型熱栗系統(tǒng)，實(shí)際上相當(dāng)于 有25%的能源來源于非化石燃料，大大減輕了供暖期的C0 2排放量。
[0212] 采用壓縮式熱栗供暖方式也可以大大提高我國目前電力設(shè)備的利用小時(shí)數(shù)，比如 根據(jù)表9,2014年全國火電機(jī)組的平均利用小時(shí)數(shù)僅有4600小時(shí)左右，采用電力供暖，提高 火電設(shè)備的利用小時(shí)數(shù)，可以進(jìn)一步降低火電設(shè)備的單位能耗，比如某百萬機(jī)組在滿負(fù)荷 時(shí)供電煤耗為287g/kWh，但在80 %負(fù)荷時(shí)供電煤耗提高至296g/kWh，在60 %負(fù)荷時(shí)進(jìn)一步 上升至314g/kWh。此外，采用壓縮式熱栗對于相對于小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，相當(dāng)于鍋爐尾氣集 中處理，大大提高了污染物的處理成本。大型壓縮式熱栗不僅可以再冬季能夠供暖，在夏季 還可以為用戶提供制冷服務(wù)，當(dāng)然，為了能夠更好的提供制冷服務(wù)，用戶需安裝風(fēng)機(jī)盤管空 調(diào)系統(tǒng)。
[0213] 當(dāng)然，采用大型壓縮式熱栗節(jié)能的前提是熱栗的制熱系數(shù)要足夠的高，這個(gè)時(shí)候 需要考慮熱栗所處的工作環(huán)境，比如在長江流域甚至大部分的華北地區(qū)都可以使用，用其 替代小型采暖鍋爐是合理的。
[0214] 在東北以及內(nèi)蒙等冬季嚴(yán)寒地區(qū)，由于熱栗的制熱系數(shù)較低，能效系數(shù)反而不及 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，此時(shí)應(yīng)該優(yōu)先建設(shè)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，根據(jù)表2,熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組汽輪機(jī)的發(fā) 電效率應(yīng)該盡可能的提高，系統(tǒng)總的能效系數(shù)才會更高。
[0215] 經(jīng)過對不同供暖系統(tǒng)能效系數(shù)的計(jì)算與分析，能夠?yàn)椴煌貐^(qū)建設(shè)不同供暖系統(tǒng) 提供參考:一方面需要考慮供暖系統(tǒng)的能效指標(biāo)，同時(shí)還需要兼顧當(dāng)?shù)夭煌茉吹膬r(jià)格水 平。一般而言，在天然氣供應(yīng)比較充分的地區(qū)，應(yīng)該優(yōu)先建設(shè)聯(lián)合動力循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組及 分布式燃?xì)鉄犭姍C(jī)組;在冬季環(huán)境溫度不是太低的地區(qū)，優(yōu)先考慮熱栗供暖系統(tǒng);發(fā)展燃煤 熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組要盡可能提高汽輪機(jī)的發(fā)電效率;對于只能建設(shè)小型鍋爐供暖系統(tǒng)的地方， 應(yīng)該配套建設(shè)吸收式熱栗，以提高系統(tǒng)的能效系數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法，其特征在于：該方法步驟包括供暖方 式分析、各系統(tǒng)能效計(jì)算方法及算例與分析方法。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法，其特征在于:該方法 的具體步驟如下： 供暖方式分析 (1) 、集中供暖方式 集中供暖系統(tǒng)，即由供熱站通過大型管網(wǎng)將熱量輸送至各居民用戶，假定每個(gè)熱用戶 暖氣系統(tǒng)內(nèi)的水流量為mi，進(jìn)出水的溫度分別為ti與t^i，那么可W定義供暖系統(tǒng)的供熱效 率化為：(1) 式中hi與分布對應(yīng)溫度為ti與時(shí)熱水洽值，h與h'分別代表供熱站出水與回水的 洽值； (2) 分布式供暖系統(tǒng) 與集中供暖系統(tǒng)相比，分布式供暖系統(tǒng)一般是W大型建筑物、學(xué)校、醫(yī)院或居民小區(qū)等 為單位的熱用戶，從供熱規(guī)模上看，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于集中供暖系統(tǒng)； 分布式供暖系統(tǒng)的熱源是小型的熱水或蒸汽鍋爐，或是小型燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組，或者 采用大型的壓縮式熱累系統(tǒng)，W電力為動力，從環(huán)境空氣、河水或±壤中抽取熱量進(jìn)行供 暖； 各系統(tǒng)能效計(jì)算 (1) 熱水鍋爐： 對于小型采暖鍋爐供暖系統(tǒng)，假定鍋爐效率為巾，同時(shí)忽略掉鍋爐所消耗的電量化，那 么小型鍋爐供暖系統(tǒng)的熱能利用系數(shù)為： 入4 =化63化 (2) 式中Ea為吸收式熱累的制熱系數(shù)，對于沒有吸收式熱累的熱水鍋爐，Ea= 1 ; (2) 、燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng) 對于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，定義汽輪機(jī)的發(fā)電效率為：(3) 式中Wf為汽輪機(jī)的發(fā)電量，Q3為進(jìn)入汽輪機(jī)的熱量，或不考慮管道損失時(shí)為鍋爐的輸出 熱量； 定義汽輪機(jī)的熱電比為：C4) 式中化為汽輪機(jī)的供熱量； 此時(shí)燃煤熱電集中供暖系統(tǒng)的供電系數(shù)為： λ·θ 二 ribnt( 1-1) 巧） 式中1為廠用電率； 熱能利用系數(shù)為： 入4 =化％〇63化 (6) 對于沒有吸收式熱累的系統(tǒng)，Ea= 1 ; (3) 燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng) 假定燃機(jī)效率為：(7) 那么燃?xì)鉄犭娂泄┡到y(tǒng)的供電系數(shù)為： 入6=(屯+化％-屯化％)(1-1) (8) 熱能利用系數(shù)為： 、1=(1-屯)化％日6 3化 (9) ￡a=l； (4) 、小型分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組： 小型分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組由于規(guī)模較小，一般不采用聯(lián)合動力循環(huán)，而是由發(fā)動 機(jī)的排氣產(chǎn)生熱水或蒸汽直接供暖，當(dāng)然，為了提高供暖量，用余熱鍋爐所產(chǎn)生的熱水或蒸 汽驅(qū)動吸收式熱累，分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組采用小型燃?xì)廨啓C(jī)為動力裝置，或采用大型 燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為動力裝置，對于W小型燃?xì)廨啓C(jī)為動力裝置的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，其供電系數(shù)為： λβ=%(1-1) (10) 熱能利用系數(shù)為： 入4=(1-屯；)化63 (11) ￡a=l； 巧）、壓縮式熱累系統(tǒng)： 該系統(tǒng)為電力驅(qū)動的大型壓縮式熱累，為了分析方便，假定該大型熱累由大型超超臨 界純凝式火力發(fā)電機(jī)組所發(fā)電力驅(qū)動，因此如果熱累的制熱系數(shù)為ε。，大型純凝式火電機(jī) 組與熱累組合系統(tǒng)的供電系數(shù)為：(13)； 算例與分析 (1)、小型鍋爐供暖系統(tǒng)： 采用小型鍋爐為熱源的供暖系統(tǒng)，由于鍋爐的容量比較小，所W鍋爐效率也相對較低， 在計(jì)算中取鍋爐效率為0.8~0.85,但是因?yàn)殄仩t的出水溫度或蒸汽溫度可W較高，所W吸 收式熱累的制熱系數(shù)可W較大，取吸收式熱累的制熱系數(shù)為1.65~2.5;對于分布式小型鍋 爐供暖系統(tǒng)，由于供熱管路距離很短，則有恥>1，而對于大型集中供暖系統(tǒng)，管網(wǎng)效率取值 為0.5~0.9，系統(tǒng)能效計(jì)算結(jié)果如表1所示； 表1小型鍋爐供暖系統(tǒng)能效系數(shù)在表1中可W看出，采用吸收式熱累W后，供暖系統(tǒng)的能效系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無熱累系 統(tǒng);另外，由于管網(wǎng)的散熱較大，所W分散式的供暖系統(tǒng)其能效系數(shù)要高于集中供暖系統(tǒng)； (2) 、燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)： 為了便于同小型鍋爐供暖系統(tǒng)的比較與分析，定義了熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組總的供熱系數(shù)為： At = Ah+q (14) 式中q為電量折算供熱量： q=￡ce (15) 式中e為外供電量； 計(jì)算中取大型壓縮式熱累的制熱系數(shù)6。= 3~5,燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng)的能效計(jì) 算結(jié)果參數(shù)見表2; 在表2中，由于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的容量范圍較大，既有小型背壓式機(jī)組，也有大型抽 凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，所W鍋爐效率的取值范圍也比較大，同樣的，汽輪機(jī)的發(fā)電效率W及廠 用電率取值范圍也較大;在計(jì)算中熱電比的取值最小為0.5,取最大值時(shí)意味著該機(jī)組為背 壓式機(jī)組;此外，由于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供暖熱源為抽汽或汽輪機(jī)排汽，所W其參數(shù)不可能太 高，因此如果W抽汽或汽輪機(jī)排汽為吸收式熱累的驅(qū)動熱源，那么吸收式熱累的制熱系數(shù) 相對會低，因此在本部分中吸收式熱累的制熱系數(shù)取值為1.65~1.85; 在表2中可W看出，對于有吸收式熱累的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)供暖系統(tǒng)其供熱系數(shù)與總的供 熱系數(shù)均要超過沒有按照吸收式熱累的機(jī)組，而在現(xiàn)實(shí)中，也有越來越多的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組 開始安裝吸收式熱累來提高機(jī)組的供暖功率，背壓機(jī)配合吸收式熱累則機(jī)組的節(jié)能效果更 好，此外，隨著汽輪機(jī)發(fā)電效率的提高，機(jī)組的最大供熱效率不斷降低； 表2燃煤集中供暖系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)(3) 、燃?xì)饴?lián)合動力循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)： W天然氣為燃料的聯(lián)合動力循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供暖系統(tǒng)的能效計(jì)算參數(shù)取值范圍見 表3,計(jì)算結(jié)果見表4; 表3燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組計(jì)算參數(shù)取值范圍從表4中可W看出，由于聯(lián)合動力循環(huán)機(jī)組的供電系數(shù)很高，所W其供熱系數(shù)較低，即 使增加了吸收式熱累W后也要低于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，但是如果計(jì)算了總的供熱系數(shù)W 后，則供熱系數(shù)很高，大大超過了燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組；（4)、分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)： 表5分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)取值范圍W天然氣為燃料的分布式熱電聯(lián)產(chǎn)供暖系統(tǒng)的能效計(jì)算參數(shù)取值范圍見表5,計(jì)算結(jié) 果見表6; 由于小型燃?xì)廨啓C(jī)或內(nèi)燃機(jī)的排氣溫度很高，一般不低于400°C，所W余熱鍋爐內(nèi)所產(chǎn) 生的熱水或蒸汽的溫度也很高，因此吸收式熱累的制熱系數(shù)較高，另外，除了必要的照明及 水累的耗電之外，小型分布式燃?xì)鉄犭姍C(jī)組的自身耗電量較少，所W廠用電率近似為0; 表6分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)能效計(jì)算結(jié)果在表6中，由于內(nèi)燃機(jī)的氣缸冷卻水中所攜帶的熱量也能夠供熱，所W對于沒有熱累的 分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)，其供熱系數(shù)大致相等，但因?yàn)榇笮蛢?nèi)燃機(jī)的熱效率稍高于小型 燃機(jī)的效率，所W無熱累時(shí)總的供熱系數(shù)要更高，但如果有吸收式熱累時(shí)，因?yàn)樾∪紮C(jī)排氣 中所含熱量更多，因此帶有吸收式熱累的分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)總的供熱系數(shù)更高； 巧）、壓縮式熱累系統(tǒng)： 對于熱累供暖系統(tǒng)，是小型家用空調(diào)，或是大型壓縮式熱累，其系統(tǒng)能效計(jì)算結(jié)果見表 7； 表7壓縮式熱累系統(tǒng)能效系數(shù)從表7中可W看出，由于大型超超臨界機(jī)組的鍋爐效率、汽輪機(jī)效率很高，同時(shí)廠用電 率很小，所W其供電系數(shù)很高，配合大型壓縮式熱累W后，總的供熱系數(shù)較高； (6)各系統(tǒng)的綜合對比與分析： 通過對不同供暖系統(tǒng)性能參數(shù)的計(jì)算可W發(fā)現(xiàn)，大型燃?xì)?蒸汽聯(lián)合動力循環(huán)熱電聯(lián) 產(chǎn)系統(tǒng)具有最高的性能系數(shù)，其次是分布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)，而性能系數(shù)最低的是 不安裝吸收式熱累的小型鍋爐采暖系統(tǒng)，因此在燃?xì)夤?yīng)充足、環(huán)保要求較高的區(qū)域可W 根據(jù)實(shí)際熱負(fù)荷的大小優(yōu)選建設(shè)大型燃?xì)饴?lián)合動力循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組或分布式燃?xì)鉄犭?聯(lián)產(chǎn)供熱系統(tǒng)，如果與吸收式熱累組合，在冬季除了可W滿足供暖需求W外，還能在夏季利 用發(fā)電余熱提供制冷服務(wù)，實(shí)現(xiàn)熱電冷Ξ聯(lián)供，即使在天然氣供應(yīng)不充分地區(qū)，在不能配套 安裝吸收式熱累機(jī)組情況下，小型鍋爐采暖系統(tǒng)也不建議使用，采用大型壓縮式熱累或熱 電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組提供供暖服務(wù)可能是更好的選擇。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法，其特征在于:集中供 暖方式中，集中供暖系統(tǒng)熱源有幾種，第一種熱源是熱水或蒸汽鍋爐，但因?yàn)殄仩t產(chǎn)生的熱 水或蒸汽所含熱量的品質(zhì)較高，而居民采暖中，如果采用地暖方式，其所用的熱量品位較 低，所W為了提高供熱量或?yàn)榱私档腿剂舷牧?，可W附加吸收式熱累，從空氣、河水或± 壤中吸取一定的熱量供暖;第二種熱源是熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組根據(jù)所用燃料不同， 又有燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，W及W天然氣為燃料的聯(lián)合動力循環(huán)機(jī)組；當(dāng)然，為了提高機(jī)組的 供熱效率，或者提高機(jī)組的供熱量，也可W附加吸收式熱累，吸收式熱累的驅(qū)動熱源一般是 汽輪機(jī)的抽汽，在供熱量很大時(shí)，汽輪機(jī)可W采用背壓式，即汽輪機(jī)的全部排出熱量都用來 供暖。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法，其特征在于:小型分 布式燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)機(jī)組中，對于W燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)為動力裝置的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，由于內(nèi)燃機(jī)在 工作中為了防止氣缸過熱，需要一定的冷卻水來冷卻氣缸，氣缸的冷卻水在出水溫度較高 時(shí)，可W用于供暖，因此采用內(nèi)燃機(jī)為動力的分布式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供電系數(shù)仍可W采用 式(10)計(jì)算，但其熱能利用系數(shù)需采用下式計(jì)算：式中Φ為內(nèi)燃機(jī)排氣熱量比，即廢氣中所攜帶熱量與冷卻水中所攜帶熱量的比值。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不同環(huán)境下的最佳供暖方式的甄選方法，其特征在于:對比表 2與表7可W發(fā)現(xiàn)，采用電力驅(qū)動的大型壓縮式熱累供暖方式因?yàn)榇笮统R界火電機(jī)組的 效率很高、同時(shí)如果采用水源或上壤源等高制熱系數(shù)熱累并配合地暖或風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系 統(tǒng)，在沒有管網(wǎng)散熱的情況下，其總的供熱效率超過了無吸收式熱累、汽輪機(jī)發(fā)電效率為 0.4的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，或者安裝了吸收式熱累、汽輪機(jī)發(fā)電效率為0.3時(shí)的燃煤熱電聯(lián) 產(chǎn)系統(tǒng)； 我國部分小型背壓式汽輪機(jī)的性能參數(shù)如表8所示，對比表8及表2中參數(shù)，即使是50MW 的背壓式汽輪機(jī)，并安裝了吸收式熱累時(shí)，最大供暖系數(shù)也不到1.96,小于大型超超臨界火 電機(jī)組與大型壓縮式熱累組合的最大供熱系數(shù)，因此盡管按照相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，小型背壓 式燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的供電煤耗很低，甚至其計(jì)算值不高于200g/kWh，但并不代表該機(jī)組 很節(jié)能，因?yàn)橄嗤娜济?，通過在大型超超臨界機(jī)組中發(fā)電，電力通過壓縮式熱累提供相同 的供暖負(fù)荷后，剩余電力仍然要超過其發(fā)電量，如果算上環(huán)保成本等因素，而且小型熱電聯(lián) 產(chǎn)機(jī)組在夏天非供暖期如果W純凝狀態(tài)運(yùn)行，那么小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的能效指標(biāo)會更低； 表8國產(chǎn)部分背壓式小型汽輪機(jī)性能參數(shù)另一方面，由于我國近年來大力鼓勵新能源與可再生能源的發(fā)展，火電在我國電力供 應(yīng)結(jié)構(gòu)中的比重在不斷下降；2014年我國單機(jī)eoookw及W上機(jī)組的電力裝機(jī)容量與發(fā)電量 見表9; 表9我國電力裝機(jī)結(jié)構(gòu)與發(fā)電量構(gòu)成從表9中可W看出，在我國發(fā)電量的構(gòu)成中，火力發(fā)電量僅占總發(fā)電量的75%左右，其 余25%的電力由不排放C〇2的其他能源提供，因此，采用大型熱累系統(tǒng)，實(shí)際上相當(dāng)于有 25%的能源來源于非化石燃料，大大減輕了供暖期的C0油巧義量； 采用壓縮式熱累供暖方式也大大提高我國目前電力設(shè)備的利用小時(shí)數(shù)，比如根據(jù)表9， 2014年全國火電機(jī)組的平均利用小時(shí)數(shù)僅有4600小時(shí)左右，采用電力供暖，提高火電設(shè)備 的利用小時(shí)數(shù)，可W進(jìn)一步降低火電設(shè)備的單位能耗，比如某百萬機(jī)組在滿負(fù)荷時(shí)供電煤 耗為287g/kWh，但在80 %負(fù)荷時(shí)供電煤耗提高至296g/k肺，在60 %負(fù)荷時(shí)進(jìn)一步上升至 314g/kWh，此外，采用壓縮式熱累對于相對于小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，相當(dāng)于鍋爐尾氣集中處 理，大大提高了污染物的處理成本;大型壓縮式熱累不僅可W再冬季能夠供暖，在夏季還可 W為用戶提供制冷服務(wù)，當(dāng)然，為了能夠更好的提供制冷服務(wù)，用戶需安裝風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系 統(tǒng)； 當(dāng)然，采用大型壓縮式熱累節(jié)能的前提是熱累的制熱系數(shù)要足夠的高，運(yùn)個(gè)時(shí)候需要 考慮熱累所處的工作環(huán)境，比如在長江流域甚至大部分的華北地區(qū)都可W使用，用其替代 小型采暖鍋爐是合理的； 在東北W及內(nèi)蒙等冬季嚴(yán)寒地區(qū)，由于熱累的制熱系數(shù)較低，能效系數(shù)反而不及熱電 聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，此時(shí)應(yīng)該優(yōu)先建設(shè)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，根據(jù)表2,熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組汽輪機(jī)的發(fā)電效 率應(yīng)該盡可能的提高，系統(tǒng)總的能效系數(shù)才會更高。
【文檔編號】G06F19/00GK106096248SQ201610390277
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610390277.9, CN 106096248 A, CN 106096248A, CN 201610390277, CN-A-106096248, CN106096248 A, CN106096248A, CN201610390277, CN201610390277.9
【發(fā)明人】冷杰, 李建鋒, 呂俊復(fù), 冷柏炟, 商華, 劉學(xué)增, 潘晶
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院