熱電聯(lián)產(chǎn)汽輪機(jī)背景

在當(dāng)代技術(shù)水平下，熱電聯(lián)產(chǎn)是燃料最經(jīng)濟(jì)的利用方式之一。它是能源“梯級(jí)利用”的一種方式，基本做到了“能質(zhì)匹配”，符合按質(zhì)利用熱能的原則，能有效提高電廠的能源轉(zhuǎn)換效率和經(jīng)濟(jì)效益。

背壓式背壓式汽輪機(jī)將高于大氣壓的排汽用于供熱的一種汽輪機(jī)，它無(wú)凝汽流量，也就無(wú)冷源損失，因而可 獲得很高的經(jīng)濟(jì)性。其熱能利用率可達(dá)80%左右。背壓式汽輪機(jī)的排汽參數(shù)和供熱量是根據(jù)熱用戶的需要確定的，因而進(jìn)汽量只隨熱負(fù)荷變化。因此，背壓式汽 輪機(jī)發(fā)出的電功率決定于熱負(fù)荷的大小，不能滿足熱、 電負(fù)荷的各自需要。背壓式汽輪機(jī)適用于熱負(fù)荷穩(wěn)定 的場(chǎng)合。

抽汽凝氣式汽輪機(jī)從汽輪機(jī)中間某級(jí)后抽出部分具有一定壓力和溫度的蒸汽供給熱用戶，其余蒸汽在以后的級(jí)中繼續(xù)膨脹做功，最終排入凝汽器。一般可分為可調(diào)節(jié)的單抽汽和雙抽汽兩種，其調(diào)節(jié)抽汽機(jī)構(gòu)主要由調(diào)節(jié)閥或旋轉(zhuǎn)隔板來(lái)實(shí)現(xiàn)(見(jiàn)抽汽調(diào)節(jié))。由于一部分蒸汽用作供熱，因而汽輪機(jī)發(fā)出的功率和進(jìn)入凝汽器的流量是隨著抽汽量的大小而變的，所以熱電比也隨汽輪機(jī)的工況變化而變化。當(dāng)調(diào)節(jié)抽汽量很大 時(shí)，排人凝汽器的流量很小，這時(shí)汽輪機(jī)的工作就接近于背壓式汽輪機(jī)。相反，當(dāng)調(diào)節(jié)抽汽量為零時(shí)，汽輪機(jī)的工作就與純凝汽式汽輪機(jī)一樣。 2100433B

特點(diǎn)是熱、電負(fù)荷適應(yīng)性好，但在無(wú)熱負(fù)荷或熱負(fù)荷很小時(shí)，機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性下降。這種機(jī)組的造價(jià)較高，適用于熱負(fù)荷變化頻繁的場(chǎng)合， 最大輸出功率隨熱負(fù)荷變化。機(jī)組按選定的額定電功率運(yùn)行時(shí)與常規(guī)的凝汽式汽輪機(jī)一樣設(shè)計(jì)，在無(wú)熱負(fù)荷時(shí)，機(jī)組發(fā)出的電功率最大，在有熱負(fù)荷時(shí)，在小范圍內(nèi)熱、電負(fù)荷可分別調(diào)整，隨著熱負(fù)荷增大，機(jī)組輸出電功率下降，當(dāng)熱負(fù)荷達(dá)到最大時(shí)，機(jī)組輸出電功率最小。

CHP是熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的簡(jiǎn)稱。

中文名

熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)

外文名

CHP

CHP全稱combined heat and power

技術(shù)概況

電廠鍋爐產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電以后，排出的蒸汽仍含有大部分熱量被冷卻水帶走，因而火電廠的熱效率只有30－40%。如果蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)的過(guò)程或之后的抽汽或排汽的熱量能加以利用，可以既發(fā)電又供熱。這種生產(chǎn)方式稱為熱電聯(lián)產(chǎn)。這個(gè)過(guò)程既有電能生產(chǎn)又有熱能生產(chǎn)，是一種熱、電同時(shí)生產(chǎn)、高效的能源利用形式。其熱效率可達(dá)80－90%，能源利用效率比單純發(fā)電約提高一倍以上。它將不同品位的熱能分級(jí)利用(即高品位的熱能用于發(fā)電，低品位的熱能用于集中供熱)，提高了能源的利用效率，減少了環(huán)境污染，具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供熱質(zhì)量、增加電力供應(yīng)等綜合效益。

技術(shù)特點(diǎn)

熱電聯(lián)產(chǎn)的技術(shù)有多種，其中供熱機(jī)組的類型有背壓、抽汽背壓、單抽汽、雙抽汽、凝汽機(jī)打孔抽汽、凝汽機(jī)低真空運(yùn)行循環(huán)水供熱等。另外還有如熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)，以熱電廠為熱源，采用溴化鋰吸收式制冷技術(shù)提供冷水進(jìn)行空調(diào)制冷，可以節(jié)省電制冷的空調(diào)用電量。熱、電、氣聯(lián)產(chǎn)，則是以循環(huán)流化床分離出來(lái)的800－900°C熱灰作為干餾爐中的熱源，干餾新煤中揮發(fā)份生產(chǎn)煤氣，正在進(jìn)行的有35t/h循環(huán)流化床鍋爐聯(lián)產(chǎn)煤氣的示范項(xiàng)目。

熱電聯(lián)產(chǎn)有多種應(yīng)用類型，其中包括：

(1)大型熱電廠

(2)區(qū)域性熱電廠，一個(gè)熱電廠向幾十戶以上的企業(yè)供熱。

(3)企業(yè)建設(shè)的自備熱電廠，為本企業(yè)或同時(shí)向周圍其他企業(yè)供熱。

(4)多功能熱電廠，即熱電廠供熱、供電、供煤氣、供冷的同時(shí)，還利用爐渣生產(chǎn)建筑材料和化肥，用循環(huán)水的余熱養(yǎng)魚(yú)、養(yǎng)鱉等，進(jìn)一步提高熱電廠的綜合經(jīng)濟(jì)效益，讓熱電廠變得更清潔。

技術(shù)的利用現(xiàn)狀和市場(chǎng)潛力

熱電聯(lián)產(chǎn)熱效率高達(dá)70%以上，而一般單機(jī)容量200MW以上的冷凝電廠的熱效率僅為35－40%；200MW凝汽機(jī)組的發(fā)電煤耗為350gce/kWh，而容量相同的供熱機(jī)組的發(fā)電煤耗一般均在300gce/kWh以下，供電煤耗約低60gce/kWh；熱電聯(lián)產(chǎn)由于采用了容量較大、參數(shù)較高的鍋爐，因此熱效率較高，鍋爐熱效率可達(dá)85－90%(一般工業(yè)小鍋爐熱效率只有50－60%)，供熱煤耗低13－22kgce/106kJ。

由于熱電聯(lián)產(chǎn)選用容量較大的鍋爐，鍋爐熱效率可達(dá)到85%以上。據(jù)環(huán)保部門測(cè)算，節(jié)約一噸標(biāo)準(zhǔn)煤可減少排放CO2440kg、SO220kg、煙塵15kg、灰渣260kg。同樣的發(fā)電量，熱電廠CO2排放量只有常規(guī)電廠的50%。熱電聯(lián)產(chǎn)可節(jié)省大量燃料，除塵效果好，能高空排放，有效地改善了環(huán)境質(zhì)量。

中國(guó)熱電裝機(jī)總?cè)萘繛?494萬(wàn)千瓦，僅占火電裝機(jī)總?cè)萘康?2.24%。而歐洲特別是部分北歐國(guó)家的熱電裝機(jī)超過(guò)了總裝機(jī)容量的30~40%。與之相比中國(guó)的熱電聯(lián)產(chǎn)還有較大的發(fā)展空間。集中供熱取代分散的低效鍋爐，具有良好的節(jié)能和環(huán)保效果。但是，中國(guó)集中供熱面積僅為9.68億平方米(其中熱電聯(lián)產(chǎn)供熱面積為5.9億平方米)，熱化率僅為12.24%。特別是采暖期3000～4000小時(shí)的北方城市還有近16億平方米的供熱面積仍依靠小鍋爐。因此，在三北地區(qū)中等以上工業(yè)城市需要建設(shè)100～200兆瓦規(guī)模的抽汽發(fā)電機(jī)組的熱電廠供應(yīng)800萬(wàn)平米以上的大熱網(wǎng)；而大量中小城市需要建設(shè)中小型熱電廠供應(yīng)100～200萬(wàn)平米的熱網(wǎng)。若以三北地區(qū)熱化率從29.8%提高到50%來(lái)計(jì)算，將有10億M2的供熱市場(chǎng)，若選擇熱電廠供熱，熱電裝機(jī)可達(dá)22000MW。三北地區(qū)現(xiàn)每年新增住宅面積約2億M2，若60%采用熱電聯(lián)產(chǎn)供熱，每年新增熱電機(jī)組容量2600MW。中國(guó)長(zhǎng)江流域及以南地區(qū)工業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)的熱電聯(lián)產(chǎn)市場(chǎng)每年約500～1000MW以上。

倘若各界限指標(biāo)，例如熱級(jí)別，冷凝溫度和熱負(fù)荷曲線都符合各自的標(biāo)準(zhǔn)，那么廢熱發(fā)電技術(shù)在總效率方面{（發(fā)電量 所用熱量）/燃料用量}，可以達(dá)到90%或以上。下表顯示了一系列CHP技術(shù)及其特點(diǎn)：

從表中可看出CHP技術(shù)并沒(méi)有好壞之分，所有技術(shù)在燃料，規(guī)模和熱級(jí)別上都只包含其中的某一方面。在環(huán)境效益方面的一項(xiàng)主要區(qū)別就是熱電比。這一指標(biāo)描述了一個(gè)發(fā)電廠所能生產(chǎn)的熱輸出量與其電量的比率。下表列出，三種應(yīng)用不同技術(shù)的CHP工廠的輸出量。假設(shè)每個(gè)工廠的燃料輸入都是100MW。2100433B

鍋爐加供熱汽輪機(jī)由于煤燃燒形成的高溫?zé)煔獠荒苤苯幼龉?，需要?jīng)鍋爐將熱量傳給蒸汽，由高溫高壓蒸汽帶動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，做功后的低品位的汽輪機(jī)抽汽或背壓排汽用于供熱。鍋爐加供熱機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)適應(yīng)于以煤為燃料。這也是我國(guó)的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)普遍采用的形式。這種系統(tǒng)的技術(shù)已非常成熟，主要設(shè)備也早已國(guó)產(chǎn)化。由于這種系統(tǒng)占地大，負(fù)荷調(diào)節(jié)能力差，發(fā)電效率低，一般在煤改氣的熱電聯(lián)產(chǎn)中得以應(yīng)用，新建燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)很少采用這種形式。 燃?xì)廨啓C(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)分為單循環(huán)和聯(lián)合循環(huán)兩種形式。單循環(huán)的工作原理是：空氣經(jīng)壓氣機(jī)與燃?xì)庠谌紵胰紵鬁囟冗_(dá)1000℃以上、壓力在1－1.6MPa的范圍內(nèi)而進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)推動(dòng)葉輪，將燃料的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并拖動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。從燃?xì)廨啓C(jī)排出的煙氣溫度一般為450℃～600℃，通過(guò)余熱鍋爐將熱量回收用于供熱。大型的燃?xì)廨啓C(jī)效率可達(dá)30%以上，當(dāng)機(jī)組負(fù)荷低于50%時(shí)，熱效率下降顯著?？紤]到熱和電兩種輸出的總效率一般能夠保持在80%以上。燃?xì)廨啓C(jī)組啟停調(diào)節(jié)靈活，因而對(duì)于變動(dòng)幅度較大的負(fù)荷較適應(yīng)。工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)的生產(chǎn)基本上來(lái)自西方國(guó)家，如GE、ALSTOM、SIEMENS、SOLAR、ABB等。 上述單循環(huán)中余熱鍋爐可以產(chǎn)生的參數(shù)很高的蒸汽，如果增設(shè)供熱汽輪機(jī)，使余熱鍋爐產(chǎn)生的較高參數(shù)的蒸汽在供熱汽輪機(jī)中繼續(xù)做功發(fā)電，其抽汽或背壓排汽用于供熱，可以形成燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的發(fā)電效率進(jìn)一步得到提高，可達(dá)到50%以上。 內(nèi)燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)當(dāng)規(guī)模較小時(shí)，它的發(fā)電效率明顯比燃?xì)廨啓C(jī)高，一般在30%以上，因而在一些小型的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)中往往采用這種內(nèi)燃機(jī)形式。但是，由于內(nèi)燃機(jī)的潤(rùn)滑油和氣缸冷卻放出的熱量溫度較低（一般不超過(guò)90℃），而且該熱量份額很大，幾乎與煙氣回收的熱量相當(dāng)，因而這種采暖形式在供熱溫度要求高的情況下受到了限制。內(nèi)燃機(jī)的生產(chǎn)廠家有總部這在瑞士的WARTSILA NSD公司、德國(guó)的MANB&W公司以及美國(guó)的CATERPILLAR公司等。 燃料電池它是把氫和氧反應(yīng)生成水放出的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置。其基本原理相當(dāng)于電解反應(yīng)的逆向反應(yīng)。燃料（H2和CO等）及氧化劑（O2）在電池的陰極和陽(yáng)極上借助氧化劑作用，電離成離子，由于離子能通過(guò)在二電極中間的電介質(zhì)在電極間遷移，在陰電極、陽(yáng)電極間形成電壓。在電極同外部負(fù)載構(gòu)成回路時(shí)就可向外供電。燃料電池種類不少，根據(jù)使用的電解質(zhì)不同，主要有磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽型燃料電池（MCFC）、固體氧氣物燃料電池（SOFC）和質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）等。 燃料電池具有無(wú)污染、高效率、適用廣、無(wú)噪聲和能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。它的發(fā)電效率可達(dá)40%以上，熱電聯(lián)產(chǎn)的效率也達(dá)到80%以上。多數(shù)燃料電池正處于開(kāi)發(fā)研制中，雖然磷酸燃料電池（PAFC）等技術(shù)成熟并已經(jīng)推向市場(chǎng)，但仍較昂貴。鑒于燃料電池的獨(dú)到優(yōu)點(diǎn)，隨著該項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，必將在未來(lái)燃?xì)獠膳袠I(yè)起到越來(lái)越重要的作用。從事燃料電池研究和開(kāi)發(fā)的單位主要有美國(guó)的國(guó)際燃料電池、聯(lián)信、Plug Power、Analytic Power、Onsi和西屋等公司，加拿大Ballard公司，日本的三菱、松下、三洋、東芝、宣士電機(jī)和富士電機(jī)等公司，德國(guó)MTU公司和西門子公司等。我國(guó)也有大連化物所等多家單位從事燃料電池的研究。 與熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)有關(guān)的選擇主要有蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的外燃燒式方案和燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)的內(nèi)燃燒式方案。此外，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃?xì)馔馊紮C(jī)和燃料電池以及其他新能源技術(shù)的發(fā)展，也賦予了冷熱電聯(lián)產(chǎn)新的內(nèi)涵。

發(fā)電廠既生產(chǎn)電能，又利用汽輪發(fā)電機(jī)作過(guò)功的蒸汽對(duì)用戶供熱的生產(chǎn)方式，稱為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。

發(fā)電廠既生產(chǎn)電能，又利用汽輪發(fā)電機(jī)作過(guò)功的蒸汽對(duì)用戶供熱的生產(chǎn)方式，是指同時(shí)生產(chǎn)電、熱能的工藝過(guò)程，較之分別生產(chǎn)電、熱能方式節(jié)約燃料。以熱電聯(lián)產(chǎn)方式運(yùn)行的火電廠稱為熱電廠，同樣該機(jī)組稱為熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和高耗能、高污染的小機(jī)組是有區(qū)別的。國(guó)家實(shí)施關(guān)掉高污染、高耗能的小機(jī)組，熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目在日常居民生活當(dāng)中有很大作用。所以，對(duì)待熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組和高耗能、高污染的小機(jī)組是有區(qū)別的。 2100433B