引言

隨著全球氣候變暖,環(huán)境污染、能源安全、能源效能成為人們關注的話題,實現能源、環(huán)境和經濟的協調發(fā)展已成為人們共同追求的目標。作為能源系統的常見形式,冷熱電三聯供系統憑借其節(jié)能、環(huán)保、可靠的優(yōu)良特性得到了廣泛應用。將蒸汽空調應用于熱電聯產集中供熱系統是冷熱電三聯供系統中的一種形式,熱、電、冷三種形態(tài)的能源被逐級利用,提高了能源利用效率,很大程度上減少了電廠污染物的排放。經過梯級利用使能源利用效率從常規(guī)發(fā)電系統的40%左右提高到80%左右,產生巨大的社會效益和經濟效益。

1蒸汽空調在集中供熱系統中的應用

蒸汽空調在熱電聯產集中供熱系統中的應用主要有兩種形式:(1)在熱電聯產集中供熱系統的各個熱用戶端安裝蒸汽空調:(2)在熱電聯產集中供熱系統的熱源點安裝蒸汽空調作為冷源,對外輸送冷量,即冷熱電三聯供系統。本文主要探討第一種形式,在熱電聯產集中供熱系統的各個熱用戶端安裝蒸汽空調,相較于冷熱電三聯供系統,該方式可減少冷量損失以及解決三聯供系統輻射范圍小的問題。

2蒸汽空調制冷原理

蒸汽空調實際是以蒸汽作為驅動能源的溴化鋰制冷機,其具備四大熱交換裝置,即發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器。這四大熱交換裝置輔以其他設備連接組成制冷系統。

蒸汽型溴化鋰吸收式制冷機組利用蒸汽熱量作為驅動能源進行制冷:通過輸入蒸汽的熱能,使發(fā)生器的溴化鋰溶液至140℃時產生水蒸氣,水蒸氣被冷卻水冷凝成水,冷凝水進入處于高真空環(huán)境的蒸發(fā)器驟然蒸發(fā),降溫至5℃,噴灑到銅管上,使銅管內14℃的空調水降溫至7℃,向中央空調用戶提供冷凍水。

3應用實例

廣州開發(fā)區(qū)恒運大廈為改善辦公樓的工作環(huán)境,將寫字樓各企業(yè)租戶原有投運多年的電空調替換為蒸汽空調為整棟大廈集中供冷。根據大廈的建筑面積進行機組選型,初步估算整幢大廈的冷負荷為3960kw。

3.1設備選型

按照3960kw的用冷負荷,考慮到部分區(qū)域是24h工作,因此在機組選型上配置了一臺制冷量為1454kw和一臺制冷量為2326kw的蒸汽空調,在晚上用冷負荷降低的情況下只開啟一臺機組,提高了設備的利用率。

參照某生產廠家的設備選型表進行選型(一體化機組),主要技術參數如表1所示。

3.2蒸汽管道布置方案

根據蒸汽空調主機參數,本次改造采用0.8MPa、180~200℃等級的蒸汽作為蒸汽空調能源。恒運大廈附近已敷設DN300的蒸汽管道,只需接駁DN100的管道供蒸汽空調使用即可。

3.3項目效益分析

3.3.1運行成本分析

3.3.1.1電空調運行成本

電空調的運行成本主要是耗電成本。恒運大廈各企業(yè)使用的是傳統的電空調機組,且使用時間已超過10年,機組能效低,耗電量大。根據表2各企業(yè)租戶目前所使用的電空調機組的耗電量統計表可知,若按照電價1.2元/kw·h計算,整棟大廈年耗電費用為245.724萬元。

3.3.1.2蒸汽空調運行成本

蒸汽空調運行成本主要包括耗電成本以及蒸汽成本。用冷時間按平均每年240天,每天8h計算,蒸汽空調運行成本計算如下:

(1)根據蒸汽空調機組的選型設計參數,年耗電費用為192×240×8×1.2≈44.24萬元:

(2)根據蒸汽空調機組的選型設計參數,按照蒸汽價格200元/t計算,年耗蒸汽費用為4.039×240×8×200≈155.1萬元。

綜上,使用蒸汽空調代替原有的電空調每年可節(jié)約運行成本245.724-44.24-155.1=46.384萬元。

3.3.2環(huán)保分析

由于蒸汽制冷是無毒、無污染的制冷方式,其制冷劑溴化鋰更是節(jié)能環(huán)保產品,不會對食品或環(huán)境造成污染,可以在任何生產環(huán)境中使用。蒸汽制冷空調設備產生的噪聲小,沒有局部熱島效應等,不影響建筑美觀,可優(yōu)化辦公環(huán)境。

傳統的電空調制冷劑使用的是氟利昂,屬于溫室氣體,采用蒸汽制冷代替電空調制冷可減少碳排放。

3.3.3節(jié)能分析

當作為動力的熱能源為余熱、廢熱、排熱等低勢能時,溴化鋰吸收式制冷機可以節(jié)約能耗,提高能源的一次利用率。分析如下:

71為熱電站系統的供熱效率,71=1.307(高壓抽汽式供熱機組,新蒸汽壓力為9MPa,抽汽壓力為0.8MPa時的參數):72為火電廠的發(fā)電能源利用率,72=0.29。e為溴化鋰吸收式制冷機組的能效比,C0P為電空調機組的能效比。

溴化鋰吸收式制冷的一次能源利用率PER1=e×71=1.3×1.307≈1.70,1kw·h制冷量標準煤耗量b1=860/(1.70×7000)≈0.0723kg/kw·h。

電動壓縮式制冷的一次能源利用率PER2=C0P×72=3.8×0.29=1.102,1kw·h制冷量標準煤耗量b2=860/(1.10×7000)≈0.112kg/kw·h。

可見,PER1>PER2,b1<b2。

本次改造項目蒸汽空調使用的熱能為熱電聯產系統所產生的蒸汽,吸收式制冷機的一次能源利用率在熱電冷聯供的情況下要高于電制冷機的一次能源利用率。

4結語

本文通過對蒸汽空調與電空調的運行成本進行分析對比,體現出了蒸汽空調應用在熱電聯產系統中的經濟性。蒸汽空調的節(jié)能節(jié)電優(yōu)勢可顯著緩解工業(yè)園區(qū)夏季用電緊張的問題。蒸汽空調替代電制冷機組能夠減少CFC類物質造成的溫室效應對臭氧層的破壞,減少環(huán)境污染,符合國家的環(huán)保政策要求。同時,將蒸汽空調應用于熱電聯供系統可以提升企業(yè)的經濟效益,具有廣闊的發(fā)展前景和應用價值,對節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展意義重大。