浅析蒸汽空调在热电联产集中供热系统中的应用

引言

随着全球气候变暖,环境污染、能源安全、能源效能成为人们关注的话题,实现能源、环境和经济的协调发展已成为人们共同追求的目标。作为能源系统的常见形式,冷热电三联供系统凭借其节能、环保、可靠的优良特性得到了广泛应用。将蒸汽空调应用于热电联产集中供热系统是冷热电三联供系统中的一种形式,热、电、冷三种形态的能源被逐级利用,提高了能源利用效率,很大程度上减少了电厂污染物的排放。经过梯级利用使能源利用效率从常规发电系统的40%左右提高到80%左右,产生巨大的社会效益和经济效益。

1蒸汽空调在集中供热系统中的应用

蒸汽空调在热电联产集中供热系统中的应用主要有两种形式:(1)在热电联产集中供热系统的各个热用户端安装蒸汽空调:(2)在热电联产集中供热系统的热源点安装蒸汽空调作为冷源,对外输送冷量,即冷热电三联供系统。本文主要探讨第一种形式,在热电联产集中供热系统的各个热用户端安装蒸汽空调,相较于冷热电三联供系统,该方式可减少冷量损失以及解决三联供系统辐射范围小的问题。

2蒸汽空调制冷原理

蒸汽空调实际是以蒸汽作为驱动能源的溴化锂制冷机,其具备四大热交换装置,即发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器。这四大热交换装置辅以其他设备连接组成制冷系统。

蒸汽型溴化锂吸收式制冷机组利用蒸汽热量作为驱动能源进行制冷:通过输入蒸汽的热能,使发生器的溴化锂溶液至140℃时产生水蒸气,水蒸气被冷却水冷凝成水,冷凝水进入处于高真空环境的蒸发器骤然蒸发,降温至5℃,喷洒到铜管上,使铜管内14℃的空调水降温至7℃,向中央空调用户提供冷冻水。

3应用实例

广州开发区恒运大厦为改善办公楼的工作环境,将写字楼各企业租户原有投运多年的电空调替换为蒸汽空调为整栋大厦集中供冷。根据大厦的建筑面积进行机组选型,初步估算整幢大厦的冷负荷为3960kw。

3.1设备选型

按照3960kw的用冷负荷,考虑到部分区域是24h工作,因此在机组选型上配置了一台制冷量为1454kw和一台制冷量为2326kw的蒸汽空调,在晚上用冷负荷降低的情况下只开启一台机组,提高了设备的利用率。

参照某生产厂家的设备选型表进行选型(一体化机组),主要技术参数如表1所示。

3.2蒸汽管道布置方案

根据蒸汽空调主机参数,本次改造采用0.8MPa、180~200℃等级的蒸汽作为蒸汽空调能源。恒运大厦附近已敷设DN300的蒸汽管道,只需接驳DN100的管道供蒸汽空调使用即可。

3.3项目效益分析

3.3.1运行成本分析

3.3.1.1电空调运行成本

电空调的运行成本主要是耗电成本。恒运大厦各企业使用的是传统的电空调机组,且使用时间已超过10年,机组能效低,耗电量大。根据表2各企业租户目前所使用的电空调机组的耗电量统计表可知,若按照电价1.2元/kw·h计算,整栋大厦年耗电费用为245.724万元。

3.3.1.2蒸汽空调运行成本

蒸汽空调运行成本主要包括耗电成本以及蒸汽成本。用冷时间按平均每年240天,每天8h计算,蒸汽空调运行成本计算如下:

(1)根据蒸汽空调机组的选型设计参数,年耗电费用为192×240×8×1.2≈44.24万元:

(2)根据蒸汽空调机组的选型设计参数,按照蒸汽价格200元/t计算,年耗蒸汽费用为4.039×240×8×200≈155.1万元。

综上,使用蒸汽空调代替原有的电空调每年可节约运行成本245.724-44.24-155.1=46.384万元。

3.3.2环保分析

由于蒸汽制冷是无毒、无污染的制冷方式,其制冷剂溴化锂更是节能环保产品,不会对食品或环境造成污染,可以在任何生产环境中使用。蒸汽制冷空调设备产生的噪声小,没有局部热岛效应等,不影响建筑美观,可优化办公环境。

传统的电空调制冷剂使用的是氟利昂,属于温室气体,采用蒸汽制冷代替电空调制冷可减少碳排放。

3.3.3节能分析

当作为动力的热能源为余热、废热、排热等低势能时,溴化锂吸收式制冷机可以节约能耗,提高能源的一次利用率。分析如下:

71为热电站系统的供热效率,71=1.307(高压抽汽式供热机组,新蒸汽压力为9MPa,抽汽压力为0.8MPa时的参数):72为火电厂的发电能源利用率,72=0.29。e为溴化锂吸收式制冷机组的能效比,C0P为电空调机组的能效比。

溴化锂吸收式制冷的一次能源利用率PER1=e×71=1.3×1.307≈1.70,1kw·h制冷量标准煤耗量b1=860/(1.70×7000)≈0.0723kg/kw·h。

电动压缩式制冷的一次能源利用率PER2=C0P×72=3.8×0.29=1.102,1kw·h制冷量标准煤耗量b2=860/(1.10×7000)≈0.112kg/kw·h。

可见,PER1>PER2,b1<b2。

本次改造项目蒸汽空调使用的热能为热电联产系统所产生的蒸汽,吸收式制冷机的一次能源利用率在热电冷联供的情况下要高于电制冷机的一次能源利用率。

4结语

本文通过对蒸汽空调与电空调的运行成本进行分析对比,体现出了蒸汽空调应用在热电联产系统中的经济性。蒸汽空调的节能节电优势可显著缓解工业园区夏季用电紧张的问题。蒸汽空调替代电制冷机组能够减少CFC类物质造成的温室效应对臭氧层的破坏,减少环境污染,符合国家的环保政策要求。同时,将蒸汽空调应用于热电联供系统可以提升企业的经济效益,具有广阔的发展前景和应用价值,对节能减排和可持续发展意义重大。