声 ５３４５６，６摘要随着我国“西气东输”工程的实施和人们对污染问题的关注，我 国城市能源结构的调整势在必行。天然气在能源结构中占的比例必然将逐渐增大，燃机热电联产是天然气应用的一种合理途径。本文根据以电量为基准的热力性能评价思想，研究燃机热电联产 煤耗分摊问题，并给出了燃机燃气一蒸汽联合循环热电联产、燃机简巾．循环热电联产系统的电、热两种产品生产的煤耗分摊模型。并对能源利用系统的污染物排放指标体系展开了研究，建立热机热电联产系统的污染物排放评价指标体系。本文以实际燃机热电联产工程为案例分析比较不同燃机应用形 式之间煤耗、环境、经济性之间的优劣。关键词：燃机、热电联产、煤耗分摊模型、污染物排放指标体系ＡＢＳＴＲＡＣＴＷｉ ｔｈ ｔｈｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｓｔ－ｅａｓｔ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔ ａｎｄ ｐｅｏｐｌｅ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｍｏｒｅ ｏｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ， ｉｔ ｉｓ ａｐｒｅｖａｉｌｉｎｇ ｔｒｅｎｄ ｔｈａｔ ｍｏｒｅ ｃｌｅａｎ ｅｎｅｒｇｙ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｍｕｓｔ ｂｅ ｕｓｅｄ． Ｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓ ｉｎ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｉｓ ｃｏｎｓｔａｎｔｌｙ ｒｉｓｉｎｇ－Ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅ ｃｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌ ｗａｙｓ ｉｎｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｓＵｓ ｉｎｇ ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆｅｎｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ， ｔｈｅ ａｌｌｏｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅ ＣＨＰ ｐｌａｎｔｗｅｒｅ ｄｅｄｕｃｅｄ． Ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｆｏｒ ｅｎｅｒｇｙ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｓ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｓ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｄｉｓｃｈａｒｇｅ ａｂｏｕｔ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｈｅａｔ ｅａｓｉｅｒ． Ｉｔ ｉｓ ｂｅｎｅｆｉｔ ｆｏｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ．Ｔｈｅ ｃａｓｅ ｓｔｕｄｉｅｓ ｗｅｒｅ ｇｉｖｅｎ ｉｎ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃｏｍｐａｒｅ ｔｈｅ ｆｕｅｌｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ， ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｂｅｎｅｆｉｔ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｙ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇａｓｔｕｒｂｉｎｅｓＫｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｇａｓ ｔｕｒｂｉｎｅ ａｎｄｅｎｇＩ ｃｏｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ（ｔｈｅ ＣＨＰ）， ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆｎｅ，ｔｈｅ ｆｕｅｌ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ， ｉｎｄｅｘ ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ毕＿比巨力人学（一比尔１顽ｒ学位论文第ＩＡ总６３页第 —写鼠，己ｒ 绪论由于我国环境污染问题日益突出，天然气在能源结构中所占的比 例必然越来越大。热电联产是天然气合理利用方式之一，由于能源利用系统的复杂性和能量之间的不等价性，致使同一用能目的、不同用能方式的系统之间热力性能的比较存在不可比性。本文根据以电量为基准的热力性能评价思想，研究燃机热电联产煤耗分摊问题。推导并建之燃机燃气一蒸汽联合循环热电联产、燃机简单循环热电联产系统的电、热两种产品生产的煤耗分摊模型。由于常规计算方法所得的能耗指标之间存在不可比性，使各种能源利用系统之间的污染指标之间也存在不可比性，不利于客观评价各种用能方式对环境的影响，因此本文对能源利用系统的污染物排放指标体系展开了研究。＇１．１我国能源和环境现状“能源、环境、发展”是当今人类所面临的三大主题，能源的合 理开发‘１利用将直接影响环境的保护和人类的可持续发展。众所周知，我国能源资源总数巨大，但人均水平比较低。煤炭储量占世界储量的１１，人均煤炭仅为世界平均值４２．５％。原油储量占世界储量的２．４％，人均石油仅为世界平均值１７．１％。天然气储量占世界储量１．２％，人均天然气为世界平均值１３．２％。我国能源总体形势不容乐观，因此节能对于我国经济可持续发展具有重大战略意义。我国能源结构以煤炭为主，煤炭在一次能源消耗中占有不可替代 的地位，氏期以来这一比例都在７０％左右。以煤炭为主的能源结构造成了我们能源利用率低、能耗高、环境污染严重。 我卜！的环境＋＇Ｉ染’、大量消耗煤炭密切相关，迫一Ｊ二环境污染的的巨大压力，人城市城、得不采取措施开始能源结构的调整。近年我国的天然气开采和消费都明显增加，“八五”期问（１９９１－１９９５年）新增天华北电力大学（北京）硕卜学位论文第２页总６３页然气储量接近建国以来４０年总和，而“九五”期ｆＩ（Ｒ １９９６．２０００年）新增储量又接近“八五”期间的两倍，到２０００年已累计探明储量２．５６亿立方米，２００２年上半年又发现一座大型气田。１９９０年产量为１ ５２亿立方米，到２０００年达到２６２亿立方米，十年间增加了５８％。而天然气作为一种宝贵的清洁资源，我们国家储量并不丰富，我们应该更加合理利用它。直接将天然气燃烧采暖或者加热水、蒸汽采暖，则天然气燃烧的 高品位热能没有得到合理利用就转化成了低品位热能，是合理的用能方式；将天然气单纯用来发电，仅供应电能不能满足人民对能源多样化的需求，电采暖（制冷）又加大了电网峰谷差，而且经济性较差。热电联产是从理论和实际上都被证明了的能源合理利用方式，符合能量“梯级利用”的原则，热电联产是天然气的合理利用的必由之路。本文为了比较方便，将天然气的消耗量折算成标准煤耗。 ＇ １． ２燃机热电联产系统的发展前景本文所关注的燃机主要指以天然气为燃料的燃气轮机和燃气内 燃机。对于其他燃气或燃油的燃机，其分析方法类类同，本文不做过多论述。随着天然气开采量的不断增大，以及西气东输工程的实施和从国 外引进天然气。为了高效、经济地利用好天然气，燃机及燃机热电联产的使用在我国具有广阔的市场前景。由于污染问题，北方大中城市目前采用燃煤的热电厂和燃煤锅炉房都不能适应新的环境标准要求，将逐步被燃机热电联产所取代。对于城市郊区的居民小区，小型的燃机分布式全能量系统有广阔 的发展前景。与集中供电电站相比，分布式供电具有明显得优势：没有或很低输配电损耗；无需建设配电站，可避免或减少输配电成本；适合多种热电比的变化，系统可以根据热和电的需求进行调节：土建和安装成本低；各电站基本相互独立，用户可自行控制，不会发生大规模供电事故，供电的可靠性高：非常适合对乡村、牧区、山区、发华北电力大学（北京）硕七学位论文第３页总６３页展中区域及商业区和居民区提供电力；分布式发电具有良好的环境效益，大量减少了环保压力。另外，分布式供电可以满足特殊场合的需求，如：不适宜铺设电 网的西部地区和散布的用户；对供电安全稳定性要求较高的特殊用户如医院、银行等；能源需求较为多样化的用户，需要电力的同时还需要热和冷的供应。并可按需要方便、灵活地利用排气热量实现热电联产或热电冷三联产，提高能源利用率。分布式供电方式可以弥补大电网在安全稳定性方面的不足：各种 形式的小型分布式供电系统直接安置在用户近旁与大电网配合，可大大提高供电的可靠性，在电网崩溃和意外灾害情况下，可维持重要用户的供电。出于对燃机热电联产的支持，２０００年由国家计委、国家经贸委、 建设部和国家环保局联合下发了急计基础【２０００］ １２６８号《关于发展热电联产的规定》。申明国家鼓励发展热电联产的政策，支持发展以天然气为燃料的燃气轮机热电冷联产项目，特别强调了国家积极支持发展小型燃气机组组成的热电冷联产全能量系统。＇１．３热电联产煤耗分摊方法及其存在的问题热电联产的煤耗分摊方法多种多样，有热量法、实际焙降法、佣 方法、净效益法、损失功率法、热泵法、热电联合法、综合效益法和热经济学分摊方法等。其中，热量法、实际烩降法、佣方法是三种最基本的分摊方法，因此，这里仅简单介绍和评价这三种方法。１．热量法 热量法是基于热力学第一定律制定的，是国家法定的分摊方法。热量法将抽汽供热量与机组的发电量等价看待，既不区别热量与电量在品质上的不等价性，也不区别不同参数抽汽在品质上的不等价性。也就是将发电过程的不可逆损失全部归于供热，计算出的发电煤耗很低，因此也称为“好处归电法”。其主要弊端在于：（１ ）．计算出的发电煤耗不能正确反映机组发华北电力大学（北京）硕士学位论文第４页总６３页电过程的热力学性能，也不能体现热电联产供热实现按质用能所应有 的特点。（２）．不利于鼓励热电厂改进机组热力学性能和热用户降低用热参数，以提高能源利用率。（３）．不同参数供热机组的发电和供热煤耗等指标之间不可比。（４）．按热量法制定的热价不合理，由此产生一系列问题。比如，出现了明知供热亏损，却因电价较高，发电上网还有利可图，仍坚持投资热电厂项目，这是造成目前热电厂面临困难的一个重要因素。 其实，热量法的不合理性是众所周知的事实，但由于长期以来， 我国能源供应不能满足社会生产和人民生活的需要，电力供应严重不足，采用热量法有利于鼓励热电厂对外供热，发挥了积极作用。但当电力生产出现供大于求，热电厂和凝汽电厂又归属于不同的 利益集团时，发电上网的矛盾问题则成为不可避免的问题。２．实际焙降法 实际焙降法是按联产汽流在汽轮机中的实际焙降不足，与新汽实 际烩降的比例来分配总热耗量的。它将联产汽流发电没有冷源损失的效益全部归供热，供热热耗和煤耗低，因此也称为“好处归热法”。对外供热蒸汽参数愈低，其实际焙降就愈小，所分摊的热耗和煤 耗也就愈小，因此故能鼓励热用户降低用汽参数，增加机组发电量，提高能源利用率。计算发电煤耗能反映发电过程的实际热力学性能尽管没有分摊 到供热汽流没有冷源损失的所谓“好处”。而且按实际焙降法分摊的供热煤耗较低正是热电联产实现按质用能特点的体现，只是由于实际烙降不同于实际“功量”，不便于深入分析“分摊比例”这个中间量具有的物理意义，致使人们不好理解计算出的供热煤耗。但由于人们大多已经接受了供热汽流发电没有冷源损失就“肯定”存在“好处”的观点，因此在这种先入为主的意识影响下，很少有人对此进行客观的分析，并大多对实际烩降法持否定的态度，热电厂出于自身利益更是不愿意接受。３．拥方法 华北电力大学（北京〕硕士学位论文第５页总６３页 佣方法又称作功能力法，是对总煤耗按抽汽与新汽的作功能力之比来分配。它以热力学第二定律为依据，考虑了供热蒸汽品质上的差别，将热电联产的热经济效益分配到热、点两种产品。由于供热机组排汽温度与环境温度相差较小，按拥方法分摊的供热热耗率与实际焙降法接近，即热电联产的“好处”大部分归了供热。发电方面分摊到的好处，还不足以补偿因汽轮机绝对内效率偏低而多耗的热量，致使发电煤耗率仍高于电网中代替凝汽式机组的煤耗率，因此热电厂仍不愿接受这种分摊方法。更由于比佣因地而异，计算相对复杂一些，也因为佣的概念比较抽象不易为非专业人员理解，不便于广泛采用。４．上述分摊方法存在的问题 （１ ）．热量法是基于热力学第一定律的分摊方法，它将本质上不等价的不同品位的能量等价处理，不仅存在人为规定性，还可能得出错误的结论。比如，热量法计算的发电煤耗率低，使发电过程的热效率高于相同条件下的理想朗肯循环热效率，有违热力学第二定律。计算的供热煤耗率和效率没有反映热电联产实现按质用能具有的特点。 （２），正因为没有分摊到供热汽流没有冷源损失的所谓“好处”，实际烩降法计算的发电煤耗准确地反映了发电过程的实际热力学性能。计算供热煤耗率很低、供热效率高，且大于１０％，这实际上正好体现了热电联产实现按质用能带来的客观效果，是正常的、合理的。由于大多数人认为供热汽流没有冷源损失就一定存在“好处”， 因此，从潜意识中就抵制实际烩降法及其分摊结果。实际上，这是由于没有分析作为“分摊比例”的物理意义造成的。然而，只是由于实际焙降不同于实际的“功量”，使得分析显得无法进行，但轻易否定实际烩降法有失严谨。 （３）．实际上，佣方法分摊的结果与实际烩降法接近，计算供热煤耗低、供热效率高，可大于Ｉ０％。拥方法是基于热力学第二定律的分摊方法，其结果当然符合第二定律。这是因为供热所需的参数很低，如果不遵循按质用能的原则就会造成能源的浪费。而热电联产的供热过程正好适应了热力学第二定律的这一原则，但这并不表示热电华北电力大学（北京）硕士学位论文第６页总６３页联产总体上适应了这一原则。因为，高品位电能的供应也应遵循这一原则。因此，应从总能系统的角度分析热电联产。则者，拥是理论上最大的功量，不可能全部转化为实际的功量。 因此，拥与功之间存在不等价性。实际上，不同参数的热拥的实际转化为功的能力也不相同，即佣与佣之间也可能不等价。如果以拥为基准，将实际上不等价的各种形式的拥等价处理，也存在人为规定性，并导致佣方法计算的结果之间不可比。（ ４）．由于大多数人接受了热电联产供热汽流发电没有冷源损失的观点，因而坚信这里一定存在着所谓的“好处”，需要“合理”分配。然而只有热电联产总能系统节能，才有所谓的“好处”可资分配。因此从总能系统角度论证热电联产是否节能是非常重要的问题。（ ５）．当前，国内许多热电厂都面临着空前的困难，尽管原因错综复杂，但其中一个重要的原因就是众多热电厂的供热机组参数低、技术落后、热力学完善性差，其总能系统根本就不节能。尽管电力公司在处理发电上网问题上存在本位主义和垄断思想，但不可否认的是在电力供应出现供大于求的条件下，如何合理调配电力资源，提高全社会的总体能源利用率本身就是一个非常重要的课题。＇１．４本文拟采用的方法・显然，上述三种分摊方法对于燃机热电联产系统的煤耗分摊，其 适用性更差。我校周少祥教授在研究常规燃煤机组热电联产煤耗分摊问题的基础上，指出能量、佣量和功量是能源利用的三个层面。提出了以电量为基准的性能评价思想，建立了以电网主力机组供电煤耗率（燃料的技术拥）为基准的能源利用系统的统一性性能评价指标体系 （简称电量法）。可以方便地进行各种燃煤用能系统的性能评价。 由于燃机热电联产与常规汽轮机组热电联产的差异，随着燃机热电联产的发展，燃机热电联产煤耗分摊也越来越重要口本文承接电量法的基本思想，开展燃机热电联产系统能耗指标和环境评价指标的研究工作。华北电力大学（北京）硕ｆ－学位论文第７页总６３页＇１．５本文的主要研究内容本文所指的燃机热电联产是指利用天然气燃烧发电或者燃气一 蒸汽联合循环发电，利用作过功的烟气或者蒸汽对外供热。燃机热电联产与常规燃煤蒸汽轮机发电机组热电联产有所不同，燃机热电联产可分为简单循环热电联产和燃气一蒸汽联合循环热电联产两种。燃气一蒸汽联合循环的底循环部分与常规燃煤机组基本一样，差 异主要在顶循环的不同，由于引入了燃气轮机发电部分，所以在发电煤耗，发电效率的计算上也会不同。其热电联产是用蒸汽轮机抽汽或者排汽供热。燃机简单循环热电联产主要是针对比较小型的燃机机组，虽然排烟的余热温度并不低，但是余热量不够大，用于发电在经济上往往得不偿失，一般采用加热热水或水蒸气直接供热。因此燃机热电联产与常规燃煤机组热电联产有很大不同。本文拟对以上两种采暖形式的燃机热电联产系统的煤耗分摊问题进行重点研究。另外，目前的污染控制战略主要是依靠污染物浓度排放标准，即 通过控制污染物的排放浓度来实施环境政策和环境管理浓度控制需要的监测设备简单、实施管理方便、对管理人员要求不高，适合中国经济发展的实际状况，对控制中国的污染（特别是水污染）起了相当重要的作用。但是，不同的发电设备的燃料燃烧空气过剩系数不同。空气系数 大的相当于对排放烟气进行了稀释，因此，以燃烧产物排放浓度作为环境评价指标是不够科学的，它不能真实地反映生产单位产品对环境的影响。不仅如此，发电设备的热力性能的优劣对污染水平影响也不能得到合适的反映。另外，由于不同形式或品位的能量之间存在不等价性，也必然导致各种不同的能源利用系统之间的污染物排放指标之间存在不可比性，对于污染控制与环境管理非常不利。因此，本文秉承以电量为基准的性能评价思想，力图建立热机热电联产系统的污染物排放评价指标体系。本课题的研究从机组的发电量和污染物的排放量入手计算单位 华北电力大学（北京）硕Ｉ：学位论文第８页总６３页发电量的污染物排放量。污染物的排放量从机组的烟气流量和含氧量或空气过剩系数中求得；或者可以从烟气流量和污染物排放浓度也可以求得。对于单纯发电机组，其计算方法简单；对于联产机组，则发电量采用电量法进行折算，机组供电量加上供热当量电耗量就是联产机组的当量供电量。对于燃机热电联产，由于循环方式的不同，使能耗分摊有其特殊 的地方，因此本文研究具有重要的实际意义和理论价值。本文拟进行以下问题的研究：．燃机热电联产煤耗分摊的研究 ．污染物排放环境指标的研究 ．小型燃机热电冷联产煤耗、环境效益、经济性比较分析。 华北电力大学（北京）硕士学位论文第９页总６３页第二章燃机热电联产系统煤耗分摊模型的建立 ＇２．１２．１．１以电量为基准的性能评价指标体系〔３］能源利用的评价基准问题随着生活水平的提高人民对能源多样化需求越来越高，随着能源 技术的发展满足人民能源需求的方式也越来越多，满足同一能源需求的技术手段也是多种多样，它们之间的竞争使人们可以进行更广泛比较和选择。毋庸讳言，为适应人们决策的需要，逐步建立和完善了评价各种技术之优劣的指标体系。虽然技术手段是多样性的，但是要求用于性能对比分析的评价基 准应是统一的，同时还应具有客观性、合理性以及易操作等基本特点。能源工业是国民经济的基础产业，能源高效利用与节能对国民经 济的可持续发展具有重要意义，因而得到广泛重视。能源利用的目的多样和技术纷繁，但可以肯定，理应存在能源高效利用的统一性性能评价基准。任何具体的能源利用系统都是一个典型的能量系统。工程热力学 是能量系统分析的理论基础，因此当然成为能源利用高效性分析的理论基础。根据热力学第Ｉ Ｉ定律，能量＝拥＋娥。因此，能量与能量之间存在不等价性，若以能量本身为基准，即以热力学第工定律为基准，把各种品质或形式的能量等同看待，不仅存在人为规定性，还可能导致错误的结论。对于任何实际装置和设备，由于不可逆损失不可避免的存在，佣 不可能完全转化为实际的功量，而且不同参数的拥转化为实际功量的华北电力大学（北京）硕士学位论文第１ｏ页总６３页能力或在过程中的驱动能力也不一样。也就是说，拥与功之间，佣与拥之间也存在不等价性。如果以佣为基准，忽略这种不等价性，对于各种实际系统之间的评价，也存在人为规定性。因此，并非在热电联产的热电分摊时才出现的人为规定性问题。而且，正是因为能量与能量、佣与佣、佣与功之间不等价性的客观存在，使以能量为基准或以拥为基准的热力过程的性能指标存在不可比性。承认和尊重这种不等价性，是论证能源利用高效性的准则判据的基础。能量、佣量和功量三者相比，功量具有最高品质。作为系统的输 入，功量具有最高的驱动力和可转化性，任何实际的功量都具有等价性，具有作为评价基准的全部要素。如前所述，能量和佣量均不能成为合适的性能评价基准，那么，就非功量莫属了。考虑到电量与功量基本是等价的，而且电量在传输及使用等方面明显优于功量，因此，我们提出了以电量为基准的能源利用高效性的统一性性能评价基准。当今社会，一个国家电力工业水平及其在国民经济中所发挥的作 用是这个国家现代化程度的一个重要标志。电网平均发电煤耗率表征其电力工业技术水平：人均用电量可以表征其国民的生活水平；而单位电量的国民生产总值则表征着一个国家的国民经济及技术水平。电量己自然成为各个国家和地区社会经济发展及人民生活的评价尺度。２．１．２热电联产循环的理论实质如图２． １－ａ所示的卡诺热机从温度为Ｔ的热源吸热Ｑ，发电Ｗ（－ Ｗ．＋ Ｗｈ），并向温度为ＴＱ。的冷源放热量Ｑｃ。如果以热电联产循环方式运行，则在工质作功到温度兀：时，引出供热实现热电联产，供热量Ｑｈ等于热机少发电量Ｗｈ＋冷源损失Ｑｃ。很明显，热电联产供热是以减小热机发电量为代价的。如图２． １－ｂ所示的卡诺热泵从温度为Ｔｅ。的冷源提取热量Ｑｃ，消耗电量Ｗｈ，向温度Ｔｈ的热用户供热Ｑｌｉ Ｗｈ＋Ｑｃ －如图２． １－。所示的卡诺热机从温度为，的热源吸热Ｑ＊，发电Ｗ＊ ，并向温度为Ｔｅ。的冷源放热量Ｑｃｏ华北电力大学（北京）硕士学位论文第ｔｉ页总６３页ＴＡＴ口Ｔ丫几叽旷瑞－哟ｃ ０，０图２． １热电联产及热泵供热的实质我们不难看到，如果以图２． １－ｃ的卡诺热机发电供给图２．１－ｂ的卡诺热泵，则肯定优于图２．１－ａ的卡诺热机进行热电联产。这不仅说明了热电联产供热节能是有条件的，更重要的是节能与否的关键并不在于没有冷源损失。如果我们将图２． １－ｃ的卡诺热机类比为代表目前电力技术的电网主力机组，则不难看出它的性能参数对于判断热电联产系统节能与否具有重要的参照作用或基准作用。对于燃机热电联产，无论是简单循环热电联产，还是燃气一 蒸汽联合循环热电联产，都可以根据图２．１中卡诺循环热机的温度关系进行分析。循环方式的不同只对发电、供热过程的煤耗计算有一定的影响。２．１．３燃料的技术佣根据对热电联产循环的理论实质的分析，我们将单位燃料经电网 主力机组转化成的电量称为目前电力技术水平下的燃料的技术佣（的，它等于主力机组供电煤耗率ｂ，＊的倒数： 一－土 鱿０．１２３［ｋＷｈ／ｋｇ］ （２－１）随着电力技术的发展，机组参数愈来愈高，容量愈来愈大，机组 供电效率随之提高，供电煤耗率随之下降，燃料的技术佣随之增高，如图２．２和表２．１所示。因此，作为评价基准随着时代的发展而不断华北电力大学（北京）硕士学位论文第住页总６３页提高，这说明评价基准是具有相对性和发展性的特点，有助于促进热工设备热力学完善性的提高。４．３．力级压二ｄ电网主力机组的供电煤耗率（ ｂｅｓ＊）或其燃料的技术佣（Ｅ）被选定为能源利用高效与否的评价基准，这一点可以从后面的性能评价指标的计算模型中体现出来。表２．１一些机组的供电效率、供电煤耗率、拐料技术拥序号压等「切涅＼二李乙 转军 绷目夕艺刃２．５连主｝』习ＯＪ赢鬃疆黯４１５３９０‘一偏．黯３４５ ３３０ ３１０ ２６２２４６机组供电煤耗率「 ｇ／ｋＷｈ］图２．２机组供电煤耗率与燃料的技术拥初压ＭＰａ １．２７２．３５３．４３初温℃ ．＊‘，｛｝，，‘＊＊，｝给水温度锅炉效率相对内效率排汽压力｝口气吧Ａ戈华伏压以禾不Ｃ率技术佣℃ １０４１０４％ ％ ７８８０８２％ｋＰａ １０．３１０．３５．０５．０５．０％ １７．１曰２ｇ ＪｋＷｈｋ Ｗ ｈ／ｋｇ７２０１３９１．６８１．９０２．４１２．５６２．９０３．０３３．２３３．８２４．０７１．４１低３４０８８８８％９０％９０％９０％９１％次中压３９０４３５４７０５３５２０．８２３４５９５５２５４１５３９０３４５３３０３１０２６２口中压同次高压曰高压２．７５／２．１８ｎ超高压１曰亚临界厅超临界同油超临界１０先进联合循环机组１９９４年全国电网平均值同５．８８８．８３１－一１６４１６４８３％８６％８７％８９％２９．６３１．５３５．７２２０２４０气飞５／５飞５一４．９４．９１６．１８／３．１２５５０１５５０２６０９２％３７．３３９．７４７５０２４６４１４．１（平均厂用电率％｝＋－Ｉ七电力人学Ｌ北京Ｊ硕上学位沦义第１３页总６３贞互２．２燃机简单循环热电联产系统煤耗分摊模型燃机简单循环热电联产系统简图如图２． １所示，燃机发电，其排气送到余热锅炉，回收的热量向热用户供热。余热锅炉为非补燃型余热锅炉。Ｑａｒ，ｎｅｔ，ｐ＋ｉｆ｝ 甲 ２ＡｌＱ．Ｉ厂不￣一认一主一百马Ｑｃ１；Ｐ ｇｔ‘０１图２． ３燃机简单循环热电联产系统图 １压气机２燃烧室３燃气轮机４发电机５余热锅炉６．热网给水泵进入燃气轮机燃烧室燃料的低位热量为９， ．．｝．ｙ ｋＡ，以此作为循环计算的基础。对于余热锅炉采暖不足，需要投入尖峰锅炉的情况，将在本章后面的章节对尖峰负荷对燃机热电联产的影啊进行分析。１．燃气轮机的能量平衡关系在忽略燃料物理显热ｉ ｆ和燃气轮机对外泄漏的空气所携带的能量损失以及燃气透平的冷却空气经空冷器冷却而对外损失能量的前提下，燃气轮机的能量平衡关系为：Ｏ，＋（ ）， ，｝ｒ．ｎｌ７，ｉ＝ ３６００卷＋Ｏ， Ｉ （２－２）式门一「：夕， 为燃气轮机压气机吸入的空气所携带的热能ｋＪ／ｈ；１ ７．１为燃气轮机燃烧室的效率；华北电力大学（北京］硕丁学位论文第１４页总６３页ｐ．ｇ，为燃气轮机轴端的发电功率ｋＷ；０、为燃气轮机排入余热锅炉的燃气所携带的热能ｋＪ／ｈ．若以Ｑ．－．，，为基准来定义燃气轮机的循环效率斌，即ｌｒ二，＝３６００弓ＩＱ ．．．．．．．． ．【 ％】（２－３）设燃气轮机的机械传动效率为７ ，，发电机效率为刃。那么燃气Ｎ．轮机的循环供电效率（净效率）＇／ｇ为：７７ｇ，＝ＲｇＪ７ｍｇ刀Ｇｇｒ〔％］（２－４）ｔｚ：ＬＶ．然，在燃气轮机发电机轴端测定的燃气轮机功率为：２－５）， Ｆｓ二｝挤 １＂％， ［ｋＷ］（２．余热锅炉的能量平衡关系式Ｅｌ１：以！十巳， ＋ ３６００Ｐ， ＝ ０． ＋ ０． １－ （２－６） ０、为热网供蒸汽（热水）所携带的热能；Ｏ为热网回水所携带的热能； 只为热网所消耗的电功率。 ３．供热过程的性能指标供热量： ｏｒ ， ＝ （４，，一Ｏ，） ［ｋＪ／ｈ］ （２－７）根据图２． １对热电联产循环理沦实质的分析，燃机排气温度很高，具有比较简的发电能力。根据以电量为基准的性能评价思想，我们将其供热量按实际可能折算成发电量，并视为供热当量电耗量。“〔 戈。二Ｑ，，ｉ７ａｐ／３６００＋Ｐ，ｙ ［ｋＷ］ （２－８）刃、为燃机排气的当量发电效率・即对于给定燃气轮机排放热量、 参数，在当前技术水平条件卜热量实际可能转化为电的效率。供热当量性能系数： 华叱电为大半（北京〕硕＋学位论交＜， ＩＳ页总６３页ＥＣＯＰＩ。二Ｏｌ， ／（３６００ ｘ ＥＥＣＲＩ，，）供热标准煤耗量：〔一」（２－９）民‘＝ｂＦＥＣＲ，，＝９气ｌ ＥＣＯＰ，，＝忿ｂｈ｝供热标准煤耗率：［ｋｇ／ｌｌ］（２－１０）６１ ，ｃ＝民：／线＝ｂ＿．／Ｅｃｏｐ，供热效率、勺一，口［ｋｇ／ｋＪ］（２－１１）沌汗一、场７１１，ｃ＝ｏｉｌＢｂＩＱｄｖ 石 八Ｕ 『． 土 Ｘ式｝，， ， Ｏ｛为标准煤的低位发热量０；； ＝２９３ Ｉ ＯｋＪ／ｋｇ（＇７０００ｋＣａｌ／ｋｇ） ｏ４．供电方面的性能指标倘若忽略几的微小影响，联产机组向外实际供电量为Ｐ，考虑 其供热当量电耗量ＥＥＣＲｈ ，，因此，供热机组的当量供电量ｋＷ：机组消耗燃料折合标准煤量ＰＢ ＦＣＲ＝愧，＋ＥＥＣＲ， ［ｋＷ］ （２一１３）Ｂ， ＝ ＝ｎｒ．ｎｅｌ． ｐ ／Ｏ一３．４１ ｘ １０－＇Ｏ‘ｎ。ｒ了．ｎ，。ｅ，ｔ，ｐ ［ｋｇ／ｈ］ （２－１４）ｆｌ＇：电标准煤耗率ｂ，，＝ 一一！％］（２一１２）当量供电效率：ｑ－＝５，热电联产机组的总热效率（从，）Ｉ ｋｉ家ｉ！一委急ｉｉ攀础［２０００１ １２６８号文规定：生蝙方。Ｂｒｃ凡，十“ＣＲＧ，，［ｋｇ／ｋＷｈ］ （２－１５）Ｐｓ，＋ＥＥＣＲＩ，，Ｐａｒ＋ＥＥＣＲＩ，，｀１１．１！１／，ＢＱ ＋Ｏｄ７＋０．１２３［％］ （２－１６）华北电力大学（北京〕硕七学位论文第１６页总６３页总热效率＝（ 供热量＋供电量Ｘ ３６００千焦／千瓦时）（／燃料总消耗量Ｘ燃料低位发热量）Ｘ １００％系统总热效率７７，＊，可用下式求出：＝二二兰，一￣－一一一一一一‘兰．ｘ１００％０， ．＋３６００ｘ只Ｑａｒ，ｎｅ７，ｐ［％］（２－１７）６．热电联产热电比（刀）国家计委急计基础【２０００］ １２６８号文规定：热电比＝供热量／ （供电量Ｘ ３６００千焦／千瓦时）Ｘ １００％Ｑｎｘ １００％３６００ ｘ凡，［％」（２－１８）７．热电成本分摊比（刀ｒ）热电成本分摊比采用电量法来分摊热、电成本时，供热所占的百 分比，用双表示，即为联合循环供热量折合发电量占系统当量供电量的百分数。八ｘ１００％Ｐ，：〔＊［％］（２－１９）＇２．３燃机排气当量发电效率场的优化计算燃机排气当量发电效率１ ７，为排气余热转化成电的当量效率，对于给定燃机排气参数，在当前技术水平条件下，排气余热实际可能转化为电的效率。对于给定的燃机，当量发电效率ｑ，，。取决于余热锅炉和汽轮机组成的流程设置和参数的优化配置，本节对联合循环蒸汽系统的流程选择和参数优化进行分析和研究。华北电力大学（北京）硕十学位论文第１７页总６３页２．３． １余热锅炉蒸汽系统流程优化计算的目的是在燃机排气流量和温度一定的情况下，通过改 变蒸汽系统的工质参数（主要是蒸汽压力），使汽轮机的功率达到最大。在优化数学模型中，以汽轮机功率为目标函数，蒸汽压力为独立变量，约束条件包括：节点温差、接近点温差等于给定值，余热锅炉排烟温度、汽轮机排汽干度不低于给定值。１．余热锅炉联合循环的余热锅炉是回收燃气轮机的排气余热，以产生驱动蒸 汽轮机发电所需蒸汽的换热设备。余热锅炉最常见的流程分为单压、双压、双压、三压、和三压再热五种，为了提高蒸汽底循环的平均吸热温度，余热锅炉也可采用再热方式。随着压力等级的增加和采用再热，蒸汽底循环的效率也相应提高，压力等级的增加和采用再热等使余热锅炉的流程更加复杂。燃机简单循环热电联产一般都是小型或者微型燃机才采用的循 环方式，小型燃机排气量较小，烟气余热量较小，不适合配备多压再热余热锅炉，省煤器采用非沸腾式省煤器。本文亦采用单压余热锅炉优化计算，优化计算时采用确定的节点温差和接近点温差，燃机采用含硫量很少的天然气燃料时余热锅炉的排烟温度可以取得很低，但一般不低于８０＇Ｃ ＂，，以防止低温腐蚀的发生。２．节点温差和接近点温差的选择在余热锅炉中，节点温差和接近点温差是很重要的控制参数，节 点温差是指烟气与水或水蒸汽温度差的最小值，一般是锅炉蒸发器出口点的值。接近点温差是锅筒内压力下的饱和温度和省煤器出口点的水温之差。就节点温差和接近点温差来说，温差小则蒸发量增加，余热锅炉 的效率提高，但此时需增大传热面积，而易造成省煤器的汽化。余热锅炉受热面积的大小又影响烟气侧阻力，即影响燃气轮机的背压，从华北电力大学（北京）硕＿ｔ：学位论文第１８页总６３页而影响燃气轮机的出力。燃气轮机的排气温度属于中温（２００－６５０＇ Ｃ）范围，适宜于在余热锅炉中回收热量。联合循环的总效率将直接受余热锅炉效率的影响，同样联合循环的总投资费用也直接与余热锅炉的投资费用有关。而余热锅炉的效率和投资费用（用受热面积的大小来表示）则取决于最小温差和接近点温差的选择。节点温差一般取１０－２００Ｃ，接近点温差一般取４＾２０℃是合适的１１０１３・烟气治ｎ；烟气焙值基本是温度的单值函数Ｈ＝Ｆ（ Ｔ），分段拟和烟气的烩值曲线得到以下烟气焙值函数：温度Ｔ（Ｋ），焙值Ｈ（ｋＪ／ｋｇ）表２．，烟气温度一焙值关系温度范围Ｔ＝２００４００Ｔ＝４００＾－６００Ｔ＝６００．８００Ｔ＝８００ ＾－１０００Ｔ＝１０００ ＾－１２００焙Ｈ＝一１．０４７５８＋１．００４１５Ｔ值Ｈ＝３．５９６９４＋０．９６８１９６Ｔ＋６．１０９１４．１０－５Ｔ２Ｈ＝１５３．９７７＋０．３３６０７９Ｔ ＋９．２４０６４－ １０－４Ｔ２－３．７６４０６．１０－７ Ｔ３Ｈ＝７１．６７３１＋０．７１０１８３Ｔ＋３．６４８３８ ｘ １０＇Ｔ＇－１０１１８－ １０－７ Ｔ３Ｈ＝３２１．９７５＋０．０４６９８１１ Ｔ＋９． ３９５２５ｘ １０４ Ｔ２－２石２８３６ｘ１０－７丁３Ｈ＝－６４３．０４４＋２．３４７８４ＴＴ＝１２００．１４００－ ９．０５８５５ ｘ １０－４Ｔ＇＋２３５４４３ｘ１０丁３Ｈ＝２５０．８５８＋０．１９７９９６Ｔ＋９．２７８５１ ｘ １０－４Ｔ２Ｔ＝１４００－１６００Ｔ＝１６００－１８００Ｔ＝１８００＾２０００－ ４．２１１４９．１０－６Ｔ３＋９．８３８８９．１０＂＇＇Ｔ４－１．０１２１９．１０－１４ ＴｓＨ＝－２０８．０８６＋１．２２７９ＴＨ＝－２３４．８２２＋１．２４２８１Ｔ２．３．２优化计算过程在优化数学模型中，以汽轮机功率最大为目标函数，蒸汽压力为 独立变量。汽轮机功率随蒸汽压力的变化曲线是上凸曲线，随蒸汽压力上升，汽轮机功率先增大，达到最大值后随压力的上升而减小，很明显存在一个最佳蒸汽压力值。华北电力大学（北京）硕七学位论文第１９页总６３页Ｔ（Ｋ）过热器蒸发器省煤器节点温差接近点温差Ｑ（ｋ．１／ｈ）图２－４余热锅炉Ｔ－Ｑ图能量平衡方程如下：Ｄ（ｈ，一权、）＝Ｄ， （ｈ，一ｈ，）Ｄ（ｈ。一ｈｌ，）＝Ｄ， （ｈ５一ｈ２）约束条件：△△△子‘（２－２０）ｔｂ一ｔ３ｔ３一ｔ，盛之ｔ。一ｔ５＞全ｔｌ，Ａ（２－２１）于‘式中：Ｄ—烟气流量（ ｋｇ／ｈ） ；ｈ—燃机排气烩值（ ｋＪ／ｋｇ） ， ｈ—对应于节点温差的烟气焙值（ｋＪ／ｋｇ ）；ｈ—余热锅炉排气焙值（ ｋＪ／ｋｇ ）；Ｄ｝ —给水流量（ｋｇ／ｈ ） ；华北电力大学（北京）硕ｔ学位论文第ｚ０页总６３页４—给水焙值（ ｋＪ／ｋｇ ）； ｈ，—对应于选定压力下的饱和水焙值（ｋＪ／ｋｇ ）；ｈ ，—余热锅炉出口过热蒸汽焙值（ｋＪ／ｋｇ ）；△人— 节点温差，取定值（℃）；Ａｔ Ｙ—接近点温差，取定值（℃）： ｔ，—对应压力下的饱和温度（℃）。对于选定的汽水侧压力值，其饱和温度ｔ ，是己知的，ｔ２ ＝ ｔ３ － ｔ，对应点烩值ｈ２也是已知的。对应于节点的烟气温度ｔ， ＝心十△ｔ．，，则节点处的烟气烙值ｈｈ也是已知的。对于给定的燃机排烟温度、排气流量都是已知的，即ｈａ ， Ｄ都是已知的。以含硫量很低天然气作为燃料，余热锅炉的排烟温度可以取的很低，但一般不应低于８００Ｃ，以防治低温腐蚀的发生，在优化计算中锅炉排烟温度取不低于给定值，即余热锅炉排烟焙值最低值是己知的。 在能量平衡方程中只有蒸汽流量Ｄ｝和过热蒸汽烩值ｈ，是未知的，解方程中可以求出蒸汽流量Ｄａ和蒸汽温度ｔ， ｏ在得出新蒸汽的参数和流量后，对于有合适的汽轮机组与蒸汽参 数匹配的情况，蒸汽发电能力取实际汽轮机发电效率进行计算，求得燃机排气的当量发电量ＥＥＣＲ炸、 ｏ 对于没有合适的蒸汽轮机组与蒸汽参数匹配的情况，进行蒸汽作 功能力分析，对蒸汽循环系统进行优化计算得出该压力下蒸汽的发电能力。参考我国小机组的参数和有关文献１８１，汽轮机采用如下排汽参数：凝汽器压力０．００７ＭＰａ，凝汽器温度３９０Ｃ，排汽干度大于８０％，汽轮机缸效率取８５％，汽、水性质由水蒸气程序１９１确定。通过上述方法可以求得在得到的蒸汽参数流量条件下的蒸汽最大发电能力，即燃机排气的当量发电量ＥＥＣＲＭ＿ｓｏ 以蒸汽压力为独立变量优化求解，增大蒸汽压力得出新的对应压 力下的燃机排气的当量发电量ＥＥＣＲ｀（１Ｓ，计算结果得出汽轮机功率为一条上凸的曲线，这条曲线的最大值ＥＥＣＲ，ｅ｝ａ＇．ｍ二即为燃机排气最大发电能力。华北电力大学（北京少硕士学位论文第２１页总６３页对应于汽轮机功率最大点的烟气转化成电的效率就是排气当量 发电效率７７，ｐ口，二ＥＥＣＲｇａｓ，ｎｕｉｘｇＩ ｆ一］（２－２２）＇２．４燃气一蒸汽联合循环热电联产系统煤耗分摊模型 ２．４． １可调节抽汽供热系统图２． ５中给出了燃气一蒸汽联合循环热电联产系统流程简图，其卜要特点为余热锅炉可采用非补燃、部分或完全补燃力式运行，汽轮机为调节式抽汽凝汽机组，抽汽向热用户供热。Ａ（Ｑ．Ｑａｒ，ｎｅｔ，ｐ｝Ｉｆ一Ｊ－：，Ｑ，４一几、－，，一二－二亘二二二－Ｑｓｔ０Ｐｓｔ－一Ｐｇｔ不三一泣Ｑｒ１０，图２． ５调节抽汽供热方案 Ｉ压气机２燃烧室３燃气轮机４发电机５余热锅炉Ｇ凝汽式汽轮机７除氧器８，疑汽ｆ＊９给水泵１０凝结水泵华北电力大学（北京）硕士学位论文第２２页总６３页我们取供入燃气轮机燃烧室的燃料量为Ｑ．，，＇ ， ｋＪ ／ ｈ，供入补燃式余热锅炉的燃料量为ＡＱａｒ．ｎｅｆ．ｐ ｋＪ／ｈ作为循环计算的出发点。１．燃气轮机的能最平衡关系Ｑ１＋Ｑａ ，ｅＬａ）７ｒｌ－ ３６００Ｐ，１＋Ｑｃ Ｉ２．补燃式余热锅炉的能ｔ平衡关系（２－２）Ｑ＇ Ｉ＋ＡＱａｒ，ｎｅｔ， ｐ？７ｒ２＋Ｑ．］＝Ｑｓｔ０＋ＱＡ２式中：（２－２３）Ａ为进入补燃式余热锅炉的燃料量与进入燃气轮机燃烧室的燃 料量的比值，相对于进入燃气轮机的燃料量为１ ｋｇ／ｈ时，Ａ就是进入余热锅炉的燃料量，ｋｇ／ｈ；为燃料在补燃式余热锅炉内的燃烧效率；３．可调节抽汽凝汽式汽轮机的能Ｉｔ平衡关系式中：９， 为热网回水的热能ｋＪ／ｈ；Ｐ ，为给水泵所消耗的功率ｋＷ； Ｐ，为凝结泵所消耗的功率ｋＷ；ｈＱ．， 为由汽轮机供给热用户的抽汽蒸汽所携带的热能ｋＪ／群为汽轮机轴端的发电功率ｋＷ； 县。为凝汽器对外散热的热能ｋ Ｊ／ｈ．设汽轮机的机械传动效率为７ ７ｍ，，发电机效率为７７ｃ，，那么在汽轮机发电机轴端测定的汽轮机功率为：伙Ｑｗｌ蜘甄为余热锅炉给水所携带的热能ｋＪ／ｈ；为余热锅炉所产生蒸汽所携带的热能ｋＪ／ｈ；为余热锅炉排气所带走的热能ｋＪ／ｈｏＱｓｒ０＋Ｑｒ １＋３６００凡＋３６００Ｐ，＝Ｑ． Ｉ＋Ｑｗ１＋３６００群＋ＱＡ３ （２－２４）华北电力大学（北京）硕少学位论文第２３页总６３页ｐ＊｝＝Ｐｓ０ ， ７７，ａｔｓ，刃。，４．供热方面的性能指标供热量： ［ｋＷ］ （２－２５）Ｑｈ＝（Ｑｌ，一Ｑ＇ Ｉ）＝Ｄ， Ｉ （ｈｓｒ，一ｈ，ｌ）式中［ｋＪ／ｈｌ （２－２６）风．为供热抽汽量ｋｇ／ｈ；ｈ，为供热蒸汽的烩值ｋＪ／ｋｇ，ｈ，．为热网回水的焙值ｋＪ／ｋｇ．供热当量电耗量：ＥＥＣＲ， ，ｃ＝Ｄａｒ Ｉ （ｈ，， Ｉ一ｈｃ）｝Ｉｓｔｓｒ｝Ｉｃｓｒ ／３６００＋Ｐｗ ［ｋＷ］ （２－２７）式中ｈ．为进入凝汽器的排汽焙值ｋＪ／ｋｇ；Ｐ为热网系统所消耗的泵功ｋＷ．当量性能系数：ＥＣＯＰ，＿一鱼一一３６００ ｘ ＥＥＣＲ，，供热标准煤耗量：［一］（２－２８）Ｂ， ，。二ｂｅ， ＥＥＣＲｈ，＝Ｑ，，ｂ，，ｌ ＥＣＯＰ， ，，＝Ｑｈ ｂｈ，．［ｋｇ／ｈ］ （２－２９｝它的计算将在下面分析。其中ｂｅ，为供电标准煤耗率ｋｇ／ｋＷｈ，供热标准煤耗率：，＝Ｂｈｂ ｃ ｌ Ｑｈ＝ｂｅｓ／ＥＣＯＰ，，，供热效率：［ｋｇ／ｋＪ］ （２－３０）二卫，＝３卫ｘ １０－６Ｂｈｃ酬ｂ＆［％］ （２－３１）通过上述处理，所得供热方面的性能指标与燃机简单循环热电联产系统完全相同。华北电力大学（北京）硕十学位论文第２４页总６３页５．供电方面的性能指标倘若忽略Ｐ和Ｐ的微小影响，联合机组向外实际供电量为 （凡＋只），考虑其供热当量电耗量ＥＥＣＲ，，因此，供热机组的当量供电量ｋＷ：只， 、＊＝凡＋Ｐ＋ＥＥＣＲ，， ［ｋＷ］ （２－３２）联合机组消耗燃料折合标准煤量： Ｂ＋＝（ １＋Ａ）Ｑａｒ．ｎｅ，．ｐ ／Ｑｄ＝３ ．４１ ｘ １０－５（１ ＋ Ａ）Ｑ，，，ｐ 供电标准煤耗率： Ｂ．＿ Ｂ＿６ｏ。二一Ｐ１ 【ＪＪ“ ／ ｐ 二—飞 ｐ －，十Ｐ‘十ＥＥＣＲ＿片Ｊ〕１ｌ，‘供电效率：７ｅｓ＝凡，十只，＋ＥＥＣＲ．，（１＋Ａ）Ｑａｒ．，，，． ｐ几，＋只，＋ＥＥＣＲ，，，Ｂ， Ｑ｝６．热电联产机组的总热效率（，７＂）联合循环的总热效率１ １，可用下式求出：ｑｒｄ＝＿ Ｑ， ．＋３６００ｘ（Ｐ，＋Ｐ，．（１＋Ａ）Ｑａｒ．，，ｅｔ． ｐ＂，＇） ｘ １００％７．热电联产热电比（刀）热电联产热电比（ ａ）为： Ｑｈｘ１００％３６００ ｘ（凡＋只，）［ｋｇ／ｈ］ ［ｋｇ／ｋＷｈ］ ［％］［％］【一」（２－３３）（２－３４）（２－３５）（２－３６）（２－３７）华北电力大学（北京）硕Ｉ：学位论文第２５页总６３页８．热电成本分摊比（Ｑ）热电成本分摊比为： ，＜ｘ １００％八二ＥＥＣＲ，ｐｉａｒａ２．４．２汽轮机排汽供热系统［％］（２－３８） 图２．６给出了另一种燃气一蒸汽联合循环热电联产系统流程图，其特点是余热锅炉也采用非补燃、部分或完全补燃方式运行，而供热采用汽轮机凝汽器作为热网加热器，向热用户供应热水的简化系统图。本系统仅供采暖负荷。Ａ（Ｑａｒ，ｎｅｔ，ｐＱａｒ，ｎｅｔ，ｐ＋ｉｆ刃Ｑｃ１４介一亡一３ ｊＱ｛一“卜厂百－一一ＪＱｓｔｏＱ， 图２．６汽轮机排汽供热系统 Ｉ ．压气机２．燃烧室３．燃气轮机４．发电机５．余热锅炉６．凝汽式汽轮机７．除氧器８凝汽器９．给水泵１０．凝结水泵如前所述，我们仍取供入燃气轮机燃烧室的燃料量为 Ｑｏｒ．ｎｅｒ，ｐ ｋＪｌｈ，供入补燃式余热锅炉的燃料量为ＡＱ．，．ｎｅｔ，ｐ ｋ．ｌ／ｈ作为循环计算的出发点。Ｑ１．燃气轮机的能量平衡关系华北电力大学＜北京）硕卜学位论文第２６页总６３页９十Ｑ．厂，＂，刀。。＝３６００群＋９１２．补燃式余热锅炉的能最平衡关系（２－２）Ｑ＇Ｉ＋ＡＱ，，．、，ｐ＇７ｒ２＋Ｑｗ，＝Ｑｓｌ。十ＱＡ２３．凝汽式汽轮机系统的能量平衡关系（２－３９）Ｑ１．＋Ｑｗ３＋３６００Ｐ，＋３６００Ｐ，．＝Ｑ．］＋Ｑｗ２＋３６００Ｐ０ （２－４０）式中：Ｑｗ２为从凝汽器中供给热用户的热水所携带的热能ｋＪ／ｈ；么：为从热用户返回凝汽器的回水所携带的热能ＯＮ同理只，＝ Ｐｓｒ７７，ｕｓ１７７ａｒｒ［ｋＷ］ （２－４１）４．供热方面的性能指标供热量： 么＝Ｑ＂ ２一Ｑｗ３ 供热当量电耗量： ２－４２）［ｋＪ／ｈ］（ＥＥＣＲ，“Ｄ ， （ｈ，，：一ｈｗ３））７ｓｕｓ，ｔｌｃｓｔ ／３６００＋Ｐｗ ［ｋＷ］式中：（２－４３）Ｄ，为热网所供热水流量ｋ沙； ｈ ．，为所供热水的烩值ｋＪ／ｋｇ；ｈ。 为回水的焙值ｋＪ／ｋｇ：当量性能系数： ＥＣＯＰ， ，，＝Ｑ，， ／（３６００ ｘ ＥＥＣＲ，，）供热标准煤耗量： ［一」（２－４４）Ｂｈ ｃ＝ｋ，，． ＥＥＣＲ、一Ｑ，，ｋ－， ／ ＥＣＯＰ， ［ｋｇ／ｈ］（２－４５）供热标准煤耗率： ｂ，＝Ｂｎ ｃ ／ Ｑ。二ｂ，，，． ／ ＥＣＯＰ，． ［ｋｇ／ｋＪ］（２－４６）华北电力大学（北京）硕Ｉ：学位论文第２７页总６３页供热效率：７１ｈ，＝Ｑｆ，Ｂｉｌｌ创＝３生生ｘ １０－６ｂｈ ，－［％］（２－４７）５．供电方面的性能指标联合机组向外实际供电量为倘若忽略Ｐ ，和Ｐｐ的微小影响，（ ＰＲ，十ＰＳ， ），考虑其供热当量电耗量ＥＥＣＲｈ，，因此，供热机组的当量供电量：ＰＥＦＣＲ二凡，十只，＋ＥＥＣＲ＆联合机组消耗燃料折合标准煤量：［ｋＷ］ （２－４８）Ｂ，＝（１＋Ａ）Ｑａｒ．，，．ｐ ／Ｑｄ一３．４１ ｘ １０－＇（１＋Ａ）Ｑａｒ，ｎｅｒ． ｐ＝３ ．４１ｘ１０－５（１＋Ａ）Ｑ，，，。，．，［ｋｇ／ｈ］（２－４９）供电标准煤耗率：ｂ＝Ｂ供电效率：凡： 二只，＋月，＋ＥＥＣＲ，，［ｋｇ／ｋＷｈ］（２－５０）凡十只，＋ＥＥＣＲｈ，二凡＋凡＋ＥＥＣＲ，｝－［％］（１＋Ａ ）Ｑｎｒ． ｎｅｔ． ｐＢ１，１０，（２－５１）６．热电联产机组的总热效率联合循环的总热效率７ １，可用下式求出；么＋３６００ｘ（凡，＋只，）ｘ １００％刀ｒｄ＝（１＋Ａ）Ｑｎｒ，，，，。〔％」（２－５２）７．热电联产热电比（刀）热电联产热电比（刀） 为：刀３ ６００ ｘ （Ｐ，， ＋・’００％［一」（２－５３）华北电力大学（北京）硕十学位论文第２８页总６３页８．热电成本分摊比（双）热电成本分摊比采用电量法来分摊热、电成本时，供热所占的百 分比，用／＇ｒ表示，即为联合循环供热量折合发电量占系统当量供电量的百分数。八＝ＥＥＣ尺ｈｅｘ １００％凡二，［％］（２－５４）＇２．５尖峰负荷对供热性能的影响为了供热机组采暖供热期间的工况平稳，设计时常使机组热化供 热量低于采暖最大热负荷，即热化系数小于１，通常，热化系数ａ，ｐ＝０．５－０．７０当采暖负荷大于机组设计热化供热量时，即供热尖峰时，需投入尖峰锅炉，由于尖峰锅炉的投入会对燃机热电联产系统性能带来影响。尖峰锅炉类似于锅炉房集中供热过程。２．５．１锅炉房集中供热过程的性能评价指标参考文献［ ３Ｊ，对锅炉房集中供热，我们可用燃料的技术佣‘来折算其供热所消耗的当量电耗量，加上锅炉房集中供热系统流程泵功Ｐｗ，当供热量为Ｑｈ的锅炉燃料量为Ｂｈｂ时，其当量电耗量为ＥＥＣＲｈｂ和当量性能系数ＥＣＯＰ，，，分别为：ＥＥＣＲｈ ｂ ＝ ｅ８，，。十Ｐ． ［ｋＷ］ （２－５５）ＥＣＯ月卫。Ｑｈ３６００ ｘ （ｃＢｈｎ＋Ｐ）【一］（２－５６）通常，循环泵功Ｐｗ相对于ｅ８，、项小得多，因此，上式可简化为：ＥＣＯＰ，，，＝）１ｎ）１，，９３６００ ｘ￡＝１７６１７１，Ｇ鱿／３６００［－］ （２－５７）式中：７＇ｂ １ ７７。分别为锅炉热效率和热网效率。锅炉房集中供热煤耗率，总煤耗量和热效率可分别用下式表示：华北电力大学〔北京）硕士学位论文第２９页总６３页ｂｈｂ＝Ｂｈｂ＝ｂｈｂＱｈ＝戈么／ ＥＣＯＰｈｂ１７ｈｈ气一ＱＩ；（月洲１＝ｂ ｅ，ｇ６ ）７，Ｑｄ ３６００ Ｘ ＥＣＯＰｈｂ［ｋｇ／ｋＪ］［ｋｇ／ｈｌ［一］（２－５８）（２－５９） Ｑ／，＝３生生ｘ １０－６＝７７ｂ ７７ｎｂｈ ｈＢｈ氏、ｖｈＱｄｌｒ口／竺幸ｑ（２－６０）供热的当量性能系数ＥＣＯＰｈｂ提高。根据式（２－５７），电网主力机组的供电煤耗率ｂｅ，．或燃料的技术拥￡成为评价锅炉房集中供热的热力学性能的基准，随着电网主力机组的ｂｅ＊，降低、燃料的技术拥：提高，锅炉房集中供热的ＥＣＯＰ，，ｂ减小。尽管锅炉房集中供热的ＥＣＯＰ， 。随电网主力机组的ｂｅｓ或：的变化而变化，但根据式（２－５８）和式（２－６０），锅炉房集中供热的纵。只与工业锅炉效率７７。和热网效率７７。有关，与电网主力机组的ｂｅｓ或：无关，参看图２．８。与热泵或热电联产供热相比，锅炉房集中供热的ＥＣＯＰＩｂ ，ｂ，，。和１７ｈ。等指标的数值要差许多。因此，尖峰锅炉的投入会大大削弱燃机热电联产的热经济性。２．５．２尖峰负荷对烬机热电联产供热性能的影响二翱冰１．８Ｉ ．６【４｝二二二二－３．０３Ｉ—门ｌ２巨二 ２．２ｌ沁・洲代二产。州ｒ．二‘引尸多产洲弓芬尸６５ ７０ ７５｝，・‘口Ｌ州一犷‘汗’Ｆ｛・’‘引．州一－厂「ｅ＝２．４１－－３．０３汇ｋＷｈ／ｋｇｌ７ １ｎ＝９５％＼幻日『、Ｊ，弓孟Ｕ４、、、、＼＼、、、、、５５ ６０ ６５７０ ７５弓多产５５ ６０ｒ ７ ，＝９５％８０ ８５ＩＯ．件刀ｂ １－１图２． ７锅炉房集中供热的ＥＣＯＰ，，。图２．８锅炉房集中供热的ｂｈｂ如图２． ７所示，随着工业锅炉的热效率７１。的提高，锅炉房集中假定全年尖峰热负荷总量为Ｑｐ，，，尖峰锅炉效率１７ｐ６，假定供热机华北电力大学（北京）Ｏｉｌ学位论文第３０页总６３页组的年平均供电煤耗率为风。根据式（２－５７），尖峰锅炉的年平均供热当量性能系数为ＥＣＯＰｐ。二）７ｐｂ７ｌｎＱｄ ｂｅｓ。假定供热机组全年热化供热量为Ｑｈ，其平均当量性能系数为ＥＣＯＰｈ，；并假定尖峰负荷Ｑｐｂ ＝ Ｍ・供热机组全年净供电量为Ｗ，机组总煤耗量为Ｂ，。口尖峰锅炉煤耗量为Ｂｐｈ ＝Ｑｐｈ １（７＇ｐｂＱｕｒ．ｎｅｒ．ｐ）一瓦：乌ｂ ／ ＥＣＯＰ ｐｂ。这时，供热过程的平均当量性能系数可以表示为：Ｅ ＣＯＰｉ，＝一一一（Ｑｈ ＋ Ｑｐｂ ）Ｑｂ ／ ＥＣＯＰｈ，＋Ｑｐｂ ／ ＥＣＯＰ ｐｂ［一」（２－６１） Ｉ＋咨１ ／ＥＣＯＰｈ，＋创ＥＣＯＰ ，ｈ平均供热煤耗率：ｃ＋凡。＝６ｈ， Ｑｈ，＋蛛练。ｂ，，＝Ｂｈ么。＋Ｑｐｂ鱿〔＋Ｑｐｈ， ｅｂ（Ｉ ｌ ＥＣＯＰ／ｃｒ＋｝ ｌ ＥＣＯＰ ｐｂ ）１＋咨 ｂ， ．，ＥＣＯＰｈ［ｋｇ／ＧＪ］（２－６２）通常，ｂｈ比联产供热煤耗率ｂ ｈ，要高，ＥＣＯＰ。比联产供热平均当量性能系数ＥＣＯＰｂ，．要小，尖峰锅炉的投入减弱了热电联产供热的热经济性。＇２．６案例分析本节以南京汽轮电机厂生产ＰＧ６５６１ Ｂ燃气轮机构成的热电联产系统为例，进行案例分析。系统所配余热锅炉为德尔塔７ＭＰａ补燃余热锅炉，所配汽轮机为杭州汽轮机厂单抽汽轮机［川。华北电力大学（北京）硕卜学位论文第３１页总６３页为了比较各种循环方案的热力性能，本文这里取四种工况进行计 算：（１）燃气一蒸汽联合循环，无供热；（２）燃气一蒸汽联合循环，从汽轮机抽５０吨低品位蒸汽供热；（３）燃气一蒸汽联合循环，蒸汽轮机背压运行；（４）燃气简单循环，余热锅炉直接向热用户供热。各方案技术参数和计算结果如表２． ３所示。１２３４指标名称嫩耗量天然气耗量燃料折合标准煤量燃机出力燃机效率蒸汽轮机出力联合循环发电出力联合循环供电效率蒸汽机／锅炉抽汽量抽汽压力抽汽温度供热量供热当量发电量联合循环总热效率热电比联合循环当量供电效率供电煤耗量供电煤耗率供热煤耗量供热煤耗率ＥＣＯＰ单位ＧＪ／ｈ０抽汽低品位蒸背压运行余热锅炉汽供热直接供热４４７７Ｉ４４７．７１１２７３０１５２７５３９６２０３１．９０１４３５０５３９７０４４７．７１１２７３０１５２７５３９６２０３１．９０６０００４５６２０３６．６８６３０．９８２６８１８９４４７．７１１２７３０１５２７５３９６２０３１．９００３９６２０３１．８６７４．２３Ｍ３／ｈｋｇ／ｈｋＷ％ｋＷｋＷ％１２７３０１５２７５３９６２０３１．９０１６０５０５５６７０４４．７６０３８．８５５００．１５１２５１２１．３２１７００口ｈＭＰａ℃ＧＪ／ｈｋＷ％２１４．８３１６０５０７９．８４１００５０７８．９０４４．７６７１．１７％６３．６７４４．７６１５２７５０．２７４４４４．７６１４８０８．５１１５．０８４４．７６１５０．６２４４．７６％ｋｇ／ｈｋｇ／ｋＷｈｋｇ／ｈｋｇ／ＧＪ％１２５１７．４０．２７４４１０８７１．１０．２７４４０．２７４４４６６．５３．８２７５７．６１４．６５２２３３．７４４０３．９２０．５３７１９名８８６．９供热效率１６６３由图２． ９表示不同供热方式条件下的循环实际供电量、供热当量电耗量和循环当量供电量，循环当量供电量代表联合循环供电量，为前二者之和。燃机热电联产供热会减少循环实际供电量，但并不因此减小排气发电能力。图２．１０为循环供热量，图２．１１为循环热电比。无论燃机是否供热，其循环总煤耗量是一定的。燃机热电联产的 华北电力大学（北京）硕士学位论文第３２页总６３页煤耗分摊如图２．１２所示。当采用联合循环抽汽供热，供热参数较低，供热煤耗量较小；而采用背压循环时，由于背压较高，其分摊的煤耗较高。采用简单循环热电联产时，由于电量损失较大，所分摊的煤耗较大。由于供热分摊了一定的煤耗，则供电煤耗将减小。图２．９循环供电量一１一＼一．黝１．５０，１１４ ． Ｈｌ琪摊１别：‘２１００－（】试】 ‘Ｊ洲曰目琴留胃睁ｂ事 ．；联合濒环！！抽人联合循环抽汽供热联台循环背从Ｌ行图２１０循环供热最华北电力大学〔北京）硕卜学位论文第３３页总６３页图２．日循环热电比供热煤耗率如图２． １３所示，从图中可以看出，供热蒸汽（烟气）参数愈高，供热煤耗率愈高。相应的供热当量性能系数愈小，如图２．１４所示；供热效率愈低，如图２．１５所示。燃机循环总热效率如图２． １６所示，从图中可以看出，联合循环〔扭，巴）０＇２７５叫牲搜９理划簇影理哭１４ｎｕｌｌ卜１２０００，Ｉｏ川川Ｎｆ时Ｉｆ卜６ｆ川《卜＊Ｎ）０１－２０１１１１联合循环。油汽联合掀环抽汽供热联合循环背怅运行简单佩环供热图２．１２供电、供热过程的煤耗量分摊华北电力大学（北京）硕士学位论文第３４页总６３页效率较燃气轮机循环有很大的提高。而燃机供热量愈大，循环总热效率愈高，但供热当量性能系数和供热效率却愈低。因此，总热效率和热电比不足以作为燃机热电联产系统的决策指标。众所周知，总热效率和热电比只是量的指标，并不能反应循环的 本质。通过对供热过程本质的分析，我们不难看出，热电联产的低品位化供热是提高供热效率的必然选择。丈罗中哥理崔滚拢联合循环抽汽供热联合循环背乐运行篡烹纂蔺单循环供热图２．１３供热煤耗率翻睽翅划－抓 比联合拓环抽汽供热联：ｒｆ环背１Ｇｉｓｔｒ简单循环供热图２．．１４当量性能系数华北电力大学（北京）硕士学位论文第３５页总６３页｝“救裹书 川 汽 联合循环抽汽供热联合精环背压运行简单拍环供ａｓ图２．１５供热效率图２．１６循环总热效率燃机具有很好调峰能力，热电联产尽管可以提高总热效率，但使 调峰能力大大削弱。如果进行热电联产，势必增加电网调峰幅度。当然小型燃机不适宜联合循环，而大型燃机是否采用热电联产应考虑电网调峰电源建设口这个问题应根据当地热、电、天然气负荷特性，以及电网供电能力、燃煤机组热电联产供热能力以及锅炉房供热能力等综合考虑。华北电力人学〔北京）硕士学位论文第３６页共６３页第三章以电量为基准的环境评价指标体系的建立 本幸主要研究我国现行的以污染物排放浓度为标准的环境排放 指标存在的缺点与不足，随着新能源的开发，浓度控制指标在能源行业规划发展及污染控制方面的局限性越来越明显。本章在前一章的基础卜，建立以单位电量为基准的环境评价指标体系。夸３． １我国的环境污染及治理３． １．１我国环境ｊｑ题的严重性「ｔ２５］， ［２６］， ［２９］，［９０］山１我国人口基数较大，经济增长较快加之技术与管理水平较低，资源浪费、环境污染和生态破坏相当严重。中国的生态环境相当脆弱，水上流失、荒漠化、森林和草地功能衰退等生态问题比较突出，一 此地万生态环境破坏的范围在扩大。近年发生了洪水、赤潮和沙尘暴等严重的自然灾害。我国大气污染程度依然严重，主要污染物均在高浓度范围波动， 氮权化物污染逐步加重。具体表现为：二氧化碳，西南地区（贵州、｝Ｒ＇庆）高硫煤地区污染最重，北方一地区川，西、］．ｆ ］东）污染较贡，冬季采暖期尤甚。总悬浮微粒，全国５年均值高于标准值，北方城市污染币１南方城市。降尘，在各类规模城市普遍存在，但全国呈总体下降趋势＿氮氧化物，个国旱卜升趋势，主要大城市表现突出，以２００万以卜人Ｉ｝特大城市为贡。１９９６年，全国城市总悬浮颗粒物平均浓度为３０９ｔ吵ｎ＇，降尘量平均值为１６．２ｔ／ｋＭ２，二氧化碳浓度平均在７９Ｅ瞥ｉｎ＇，酸ｄ ｋｉ污染范１１１扩展到１０多个省份，约Ｉ ＇国土面积的３０％，华中华北电力大学（北京）硕－ｆ：学位论文第３，页共６３贞酸雨区已经超过西南酸雨区，成为全国酸雨污染最严重的区域（中国环境监测总站，１９９６）。年均ｐＨ值低于５．６的酸雨区己经从华中、西南地区发展到长江以南、青藏高原以东地区及四川盆地等十几个省市区。１９９６年，在８４个国控网络城市中，有４３个城市的ｐＨ值低于４．５；酸雨频率大于６０％地城市有２４个，其中长沙、赣州、宜宾、衡阳等四个城市的酸雨频率大于９０％（国家环境保护局，１９９６）０我国的环境污染问题己经严重的影响到了我国的经济发展，另据 一项由国家环保局、中国科学院和国家教委共同主持的（（我国酸雨沉降及其生态环境影响》的研究课题表明，中国酸雨区面积己经占国土面积４０％，仅江苏、浙江等７省就因酸雨造成１０００万ｈ厅农田减产，年经济损失约３７亿元；森林受害面积１２８万ｈｍ２，年木材损失６亿元，森林生态效益损失５４亿元。３． １．２中国电力工业的污染物排放现状〔３１１电力工业是中国国民经济的基础产业，与国民经济发展具有密切 的联系。改革开放以来，中国电力工业不断发展，发电装机容量和发电量都显著增加。１９７８年发电装机容量和发电量分别达到５７１５万ｋＷ和２５６６亿ｋＷｈ， ２０００年为３．１７亿ｋＷ和１３５１０亿ｋＷｈ，分别增加了４．５倍和４．３倍。电力工业技术水平不断提高，大型发电机组数量逐渐增加，电力质量不断提高。１９７８年全国２０万ｋＷ及以上机组只有２２台，共５．２４５ＭｋＷ，占全部装机容量的９．２％； １９％年达到３９０台，装机容量１０３．０６２ＭｋＷ，占总装机容量的４３．６％。重点电力工业企业发电和供电标准煤耗都有所下降，１９８１年发电和供电标准煤耗分别为４０７ｇ／ｋＷｈ和４４２ｇ／ｋＷｈ， ２０００年分别下降到３６３ ｇ／ｋＷｈ和３９２ｇ／ｋＷｈ．电源结构有所改善，但总体结构没有太大的改变。在发展火电的 同时，对环境污染控制相对有利的水力发电、核电和利用新能源和可再生能源发电都有了不同程度的发展口水电、核电和利用其它新能源和可再生能源发电对改善我国电源结构，减少燃煤发电所产生的污染华北电力大学（北京）硕１学位论文第３８页共６３页具有积极作用。虽然水力发电量有了很大的增加，核电从有到无，但是以火电为主的格局没有发生根本变化。水电生产量在发电总量中的比例却没有明显得增加，１９８０年水电发电量占总发电量的１９％，而１９９６年为１７．４％，说明电源结构方面没有明显的改善，仍以火电为主，火电、水电和核电的比例约维持在７４％． ２５％和１％。由于中国火电厂燃料是以煤炭为主，因此煤烟型污染将是电力工业今后仍需面对和解决的问题。煤炭转换为电力一二级清洁能源的比例逐年提高，而且电力在一 级能源中的比例也呈上升趋势。１９８０年电力消费占一次能源比例约为２０％，１９９６年上升为３０％：１９８０年煤炭转化为电力的比重约为１８％，到１９９６年这一比重达到了约３５％。这种趋势对控制国家大气污染具有重要作用，煤炭转化为电力供生产和生活使用减少煤炭燃烧对城市环境污染。但是就整个电力工业来说，由于煤炭消耗量的增加使电力工业对大气污染的贡献率呈上升的势头，ＳＯ：污染尤其如此。资料显示，电力工业ＳＯ：排放量随着装机容量的增长呈上升趋势，１９％年中国的工业部门ＳＯ：排放量为！９４６万ｔ，原电力工业部直属６０００ｋＷ及以上火电厂的ＳＯ：排放量达到６８０万ｔ，占全国工业部门ＳＯ：排放量的３５％（原电力工业部，１９９８）。预计电力工业产生的ＳＯ：到２０１０年将接近全国总排放量的１／２至２／３，火电厂的ＳＯ：是我们国家重点治理的对象。３．１．３我国在环境保护方面取得的成就［３２］我国政府在环境保护方面作出了巨大努力，污染物排放总量控 制、工业污染源达标排放和城市环境综合整治工作取得进展，环境保护投资显著增加，国家重点治理的太湖流域水污染防治取得阶段性成果，北京被列为国家污染治理的重点城市。自从２０世纪７０年代末以来，中国的国民生产总值在以年平均１０％左右的速度增长的同时，中国的环境质量成功地避免了相应恶化的局面，图３．１列出了今年来我国主要污染物排放量。从图中可以看出，１９９８年和１９９１年相比，５华北电力大学（北京）硕士学位论文第３９页共６３页种主要工业污染物的排放量有４种不但没有增加，反而减少了。其中工业烟尘的排放量减少了１９．５％，工业粉尘减少１２．６％，工业废水减少２７．５％，工业固体废物的排放量有所起伏，但总体减少的幅度最大，达到４６．１。唯一排放量略有增加的污染物是二氧化硫，增加了３．８６％。这是中国环境保护取得的骄人成就。４０００ 一今一工业烟尘排放量一母一工业粉尘排放量３５００ ３０００ 咧２５００侧２０００山日，不１５００１０００ ５００ ０ １９９１ １９９１２ １９９３ １９４４ １９９５１９９６ １９９７ １９９８年份 图３． １ １９９１一１９９８年县及县以上工业污染主要指标（万ｔ） 来源：１９９１－－１９９５年资料引自国家环境保护局＂ １９９５年中国环境状况公报”：《中国环境年鉴１９９６）），北京：中国环境年鉴社，１９９６年：１９９６－１９９７年资料引自《中国环境年鉴１９９８）．北京：中国环境年鉴社，１９９９年。那．２能源工业相关污染物排放控制及标准〔３４１， （３５１３．２． １电力工业的污染物排放控制标准与法规〔３３１， ［３６１与电力工业污染物排放有关的主要法律有：《中华人民共和国环 境保护法》、《中华人民共和国大气污染防治法》和《中华人民共和国电力法》。在我国现有的国家大气污染物排放标准体系中，按照综合性排放 标准与行业性排放标准不交又执行的原则，火电厂执行ＧＢ １３２２３－１９９６《火电厂大气污染物排放标准》，该标准主要考核指标：烟尘、华北电力大学（北京）硕士学位论文第４０页共６３页二氧化硫和氮氧化物，表３．１和３．２列出了烟尘和二氧化硫排放的考核标准。该标准于１９９６年３月由国家环保总局和国家技术监督局联合颁布。该标准对污染物排放实行全厂总量控制和污染物排放浓度控制，并与“酸雨控制区和ＳＯ：控制区”以及煤的含硫量挂钩。表３．１各时段火电厂锅炉最高允许烟尘排放浓度和烟气黑度（单位：ｍｇ／Ｎｍ３ ）时段燃料收到基灰分Ａ．，（％）建设时间分类＿＜１０２００８００＞４０１０－２２０５２－３５０－３３０５－３４５０－２Ｕ烟气黑度（级）电除尘器１９９２年８日寸布袋除尘器月１日前段其它除尘器Ｉ３００１２００５００６００７００８００１０００１７００２１００２４００２８００３３００的火电厂锅炉６７０ｂ＇ｈ以下且在县规段１９９６年１２划区以外地区的火电时月３１日厂锅炉１９９２年８县以上城镇规划区内１５０１１ 月１日６７０ｔ／ｈ以上、或在县及２００３００３５０４００４５０６００５００７００１０００１３００１５００１７００２０００在县及县以上城镇规划区内的火电厂锅炉在县规划区以外地区Ｈ工的火电厂锅炉１９９７年１ 时第工时段的在县及县月起 段以上城镇规划区内、１９９７．１．１后还有１０年及以上剩余寿命的火一一２００５００６００电厂锅炉“’注：（１）剩余寿命二设计寿命一累计运行时间 对于液态排渣煤粉炉、旋风炉、流化床锅炉执行表３．１时，应先将相应的标准值乘以表３．１．１中的炉型折算系数Ｋ，再作为该种炉型锅炉的烟尘浓度的标准值。表３．１．１炉型折算系数？｝＇彭骂．７旋风炉０．５流化床锅炉 ｉ蔽 ｍａ而 ５ｒ，矿丁靡ｉＡ雨舜华＿」匕电力大学（北京〕硕士学泣论文第４１页共６３页１ ９９７年１月１日起环境影响报告书待审查批准的位于“两控区”的新、扩、该建项目除执行火电厂二氧化硫最高允许排放量排放标准外，火电厂各烟囱ＳＯｚ最高允许排放浓度按３．２表执行。表３．２火电厂各烟囱Ｓ０２最高允许排放浓度燃料收到基硫分〔％）三１．０＞Ｌ０鼓．乍子允。１排放浓度（ｍｇ／Ｎｍ＇０） ２１００１２００３．２． ２北京市锅炉污染物排放控制标准〔３７１北京市是我们国家空气污染比较严重的城市之一，近年经过了大 力的环境整治已经取得了明显效果。北京作为我国经济、文化、政治的中心，随着申奥成功，对北京的环境提出了更高的要求，北京市电力以外购电为主，北京也是我们国家少数几个可以率先用上“西气东输”天然气的城市之一。但是，北京市冬季采暖还是依靠化石燃料或者热电厂集中供热 为了控制锅炉污染物排放北京市２００２年３月实施了《锅炉污染物排放鸽呀介标准》，该标准对大气污染物排放提出了更高的要求，见表３．３．在ＤＢ １１／１３９－２００２标准中己批准的在用锅炉按两个时间段，执行对应的污染物排放限值。第Ｉ时段： ＜－ ４５．５ＭＷ的锅炉，自本标准实施之日起至２００３年１０月３１日；‘＞４５． ５ＭＷ的锅炉，自本标准实施之日起至２００５年１０月３１日。第丁 丁时段：＜－ ４５．５的锅炉，自２００３年１１月１日起；＞４５． ５ＭＷ的锅灯，，Ｉ！２００５年Ｉｌ月１日起。标准中将北京市划分为Ａ． Ｂ两个区域，分别指：Ａ区：城近郊区、北京经济技术开发区和市人民政府划定的其它 高污染燃料禁燃区：Ｂ区：除Ａ区以外的其它地区。 华北电力大学（北京）硕卜学位论文第４２页共６３页表３．３锅炉大气污染物排放限值污染物在用烟尘 锅炉翻以公ＤＢ１１／１３９－２００２嫩轻柴油＞４５．５ Ｍ ＷＩ时段５０５０适用＜１４ＮＩＷ燃煤锅炉日１４ＭＷ－４５．５ＭＷＬＡ Ｉ或燃油锅炉ｂ燃气锅炉全部时段｛时段】（川｝！时段禁排５Ｏ！时段１００１００１Ｉ时段５０５花）Ｉ时段全部时段３０八区｛（）〔）３０３０５０（ｍ留ｍ１）Ａ区Ｂ区Ａ区Ｂ区Ａ区３（１０３００禁排５０５０１０锅炉在用二氧化硫锅炉新改扩锅炉禁排１５０３００３００１５０１５咬）５００５００１００１００５０２０（ｍｇ／ｍ＇）禁排１５０Ｂ区Ａ区日区Ａ区Ｒ区３００３００１５０３００３００３００３００３００３００１００在用禁排３以）２５０２５０２００２００氮氧化物锅炉（ｍｇ／ｍ＇ ）新改扩锅炉禁排３００３００２５０烟气黑度全部全部区域（林格曼，级）锅炉尤组织月乒放粉１级尘（监控点与全部上风向参照点锅炉浓度差值）全部区域０．２ａ禁止新建、改建、扩建化石嫩料电）和热电）锅炉房ｂ不允许新建、改建、扩建燃用重油、渣油的锅炉房，燃用重油、渣油的再用锅炉技照燃煤锅炉大气污染物排放限值执行 新建燃煤锅炉烟囱最低高度执行表３．３．１标准，对于达不到高度规定的锅炉，其排放按相应限值的５０％执行。表３．３．１新建淇煤锅炉房烟囱最低高度锅炉房总容量（ＭＷ）烟囱最低高度（ｍ）延０．７２０）。７－－２．８３０＞２．８－－１４４０＞ １４－４５．５＞１５．５－１５４５０１００实测的锅炉烟尘、二氧化硫和氮氧化物排放浓度，必须按ＧＢ／Ｔ１６１５７规定，采用表３．３．２过量空气系数进行折算。表３．３．２锅炉大气污染物的过最空气折算系数锅炉燃料类型锅炉空气折算系数ａ燃煤锅炉－４５．＜５ Ｍ Ｗ＞４５．５ Ｍ Ｗ】．８１．４燃气、燃油锅炉１．２华北电力大学〔北京）硕ｌ．学位论文第４３页共６３页锅炉大气污染物过量空气系数折算公式：Ｃ＝已ｘ竺（３－１）式中：Ｃ一折算后的锅炉烟尘、二氧化硫和氮氧化物浓度，ｍｇ／ｍ３；己一实测的锅炉烟尘、二氧化硫和氮氧化物的浓度 ，ｍｇ加３ａ’ 一实测的过量空气系数；ａ一规定的过量空气折算系数。 芬３．３浓度控制标准存在的不足与对策３．３．１浓度控制标准的不足ＧＢ １３２２３－１９９６和ＤＢ １１／１３９－２００２对污染物控制排放的主要是从浓度标准控制的，即主要控制排放烟气的二氧化硫、氮氧化物和粉尘的浓度，通过控制污染物的排放浓度来实施环境政策和环境管理。根据排放污染物的浓度收取排污费，实行超标处罚的管理模式。浓度控制需要的监测设备简单、实施管理方便、对管理人员要求不高，适合当前中国经济发展的实际状况，对控制中国的污染（特别是水污染）起了相当重要的作用。但是，浓度控制本身存在缺点和不足，已在环境管理的实践中逐渐显现出来。．不能真实反映企业的环境效益。对于同一种产品的生产，不 同生产方式的排放浓度是不同的，污染物排放总量也不相同， 更由于产品产量的不同，浓度指标不能反映单位产量带来的 环境污染情况。因此排放浓度低的生产方式的单位产品产量 的环境效益不一定好。 ．浓度指标之间的可比性不强，仅适用于相同生产方式之间的 华北电力大学〔北京）硕＿１：学位论文第４４页共６３页企业之间的比较。由于能量与能量之间存在不等价性，使浓 度指标的分摊计算存在很大的困难。 ．如果仅采用浓度控制标准来控制排污行为，缺少污染物排放总量控制的概念，有可能导致排放浓度达标，而排放总量却 很大，造成环境压力不断增大和环境状况的持续恶化。 浓度控制在环境管理的实践中也存在漏洞，有些工业企 业为了达到污染物浓度排放标准，避免被超标罚款处罚，在 排气中混入更多的空气，虽然排放浓度降低了，但是排放量一点也没减少。有些企业为了减少污水治理投资，将污水稀 释排放，不仅没有减少排放量，而且浪费了大量的水资源。 ．微观环境管理的浓度控制与宏观的排放总量控制联系不紧密，不利于我国引入排污权交易。 ．《火电厂大气污染排放标准》（ＧＢ １３２２３－１９９６）仅适合以燃煤为主的火电厂，随着天然气和其它清洁能源这个标准在电力 工业中的应用存在局限性。其可操作性不足，比如对于烟尘 排放： （１）．循环流化床锅炉作为一种洁净煤燃烧技术近几年发展较快，在我国己有ｌ００ＭＷ级商业化锅炉在运行，并有一批机组正在建设，３００ＭＷ级锅炉也即将进入商业化阶段，标准中把循环流化床锅炉归入沸腾炉，炉型折算系数规定为０．５，方法过于简单，缺乏客观依据。（２）．标准中提出的黑度指标缺乏科学性与操作的公正性。（３）．对于第川时段火电厂烟尘控制的剩余寿命定义过于笼统，特别是对累计运行时间的概念未做定义，实践中难以操作。对于其他污染物排放存在类似问题。３．３．２建立强度控制与总量控制机制〔３２１对于能源生产、供应企业，为了更合理的控制污染物的排放行为， 有些学者提出了以每千瓦时发电量污染物排放量为环境控制标准，但华北电力大学（北京）硕十学位论文第４５页共６３页是目前我们国家还没有以此为标准的环境控制法规、正式标准出台。本文称以单位电量污染物排放量控制标准为强度控制，即生产每千瓦时电量污染物排放量。由于能源供应热与电之间、热与热之间的不等价性，本章秉承前一章以电量为标准的能源评价指标思想，研究热电联产和热电单产的环境评价指标。强度指标可以直观地比较各种发电方式的环境效益优劣，为洁净 能源的利用创造了良好的条件。目前，迫于环境污染的巨大压力，一些地区不得不采用新型的清洁能源，虽然清洁能源环境效益良好，但是发电成本过高成为制约清洁能源的瓶颈。因为我们现在的电价里面没有反应出环境的成本，而天然气等清洁能源的优势环境效益则体现不出来，把环境成本也计入发电成本对于采用清洁能源和采用烟气治理的发电企业才更公平一些，能够更加鼓励发电企业进行烟气治理和新型清洁能源的发展。从环境管理的角度看强度指标使用方便、易操作。实际监测中需 要监测的数据少，只需要监测烟气排放量、烟气中污染物浓度和发电量即可，这几个参数监测简单容易获得，计算简单。而不像浓度标准需要大量的工程参数，如：烟囱根数、高度、内径、排烟率、烟气湿度、空气过程系数、烟气温度等，强度标准不需要专业人员来计算，便于企业的自身管理和环保部门的监督。计算结果人为性较小，便于依法管理。从法律适应性的角度看，排放标准是法律原则的具体体现。现行 的浓度排放标准难以适应现行的大气法。新修订的大气法第一次明确提出“向大气排放污染物的，其污染物排放浓度不得超过国家和地方规定的排放标准”，第一次在法律的层面上提出总量控制要求；强调集中力量抓重点城市的大气污染防治，加强燃煤的污染控制，加大采用新能源推广新技术的力度及强化法律责任和对环保执法行为的监督；对排污收费原则由“超标收费”修订为“国家实行按照向大气排放污染物的种类和数量征收排污费的制度”：大气法还对高污染燃料使用、高硫煤炭的开采及对火电厂大气污染物控制提出新要求等。单华北电力大学（北京）硕一１．学位论文第４６页共６３页位电量的强度指标，和发电企业的发电量和污染物排放总量紧密联系，发电企业允许的污染物排放总量除以发电量就是单位电量所允许的最大污染物排放量，便于企业自身污染控制管理。单位电量污染物排放量乘以发电量就是企业的实际排污量，便于监管单位控制企业排污量和收费管理，可以方便地引入排污权交易制度。以单位电量为标准的污染物排放指标可以方便环境监管部门加 强监管，防治在污染物排放上企业弄虚作假和稀释排放。有些企业为了浓度达标在烟气进入烟囱前鼓入更多的空气，虽然浓度降低了、达到浓度排放标准，但是污染物排放量一点也没有减少、对环境的影响一点也减少。一个地区污染物排放总量是必须控制的，而人们日常生活的能源 需求总量也是必须得到保证的。假定一个地区满足人们生活电力负荷需求为凡ｉｎ，该地区所有电力企业允许排放某种污染物总量为Ｍｍ＆Ｃ ＇则为了满足人们生活电力需求和地区污染物排放总量控制必须满足以下条件：艺Ｃ，ＸＰ， ＜私ｎ－艺Ｐ，．＋ｐｏ Ｊ ｐｍｉｎ（３－２）式中，Ｃ，为第ｌ种发电方式的污染物强度排放指标，尸为１种发电方式的供电量，ｐ．为该地区的引进电量，引进为正值、输出为负值。强度控制将环境的微观控制与宏观的总量控制紧密的联系在了一起，将能源管理和环境控制紧密的联系在一起，为能源管理的环境控制提供了依据。当能源需求与环境控制产生矛盾的时候，可以指导我们从同时满足二者要求的时候必须削减污染大的能源生产方式，增加清洁能源生产。很明显，这里出现了污染转移问题，因此需要有相应的转移支付。 受电地区应给予供电地区适当的补偿。这个问题需专题研究。江苏是我国“二氧化硫排放总量控制及排污交易试点” 省份。２００３华北电力大学（北京）硕十学位论文第４７页共６３页年Ｉ月太仓港环保发电有限公司和南京市下关发电厂刚刚完成了国内首例二氧化硫排污权异地交易，按照市场机制解决环境问题。为解决当地供电不足的问题，太仓港环保发电有限公司新建供热机组脱硫效率可达９０，但每年增加当地二氧化硫２０００吨，而现有的排污总量控制指标己无存量。下关发电厂引进芬兰技术治理燃煤发电机组排放的二氧化硫，使每年的实际排污量比环保部门核定的总量指标减少了３０００吨。在江苏省环保厅的协助下，两家企业经过几轮协商达成协议：从２００３年７月起至２００５年，太仓公司每年从下关电厂易地购买１７００吨的二氧化硫排污权，以每公斤Ｉ元的价格支付１７０万元的交易费。这标志着企业污染治理只有投入没有受益的局面被突破。需要说明的是建立排污权交易制度，并不意味着企业之间在“买 卖污染”，更不是说企业只要有钱就可以无所顾忌地扩大排污。无论买卖双方，其交易都只能在国家“总量控制”的前提之下进行，并且不能使当地环境质量恶化。但不容忽视的是，该厂实现热电联产供热取得的环境效益也没有 得到回报，这显然是以浓度控制及相应的总量控制存在的不足。不进行供热过程的污染排放强度的分析计算，热电联产的环境效益就无法定量化。因此，以电量为基准的环境评价指标体系的建立具有非常重要的现实意义和理论价值。华北电力大学（北京）硕Ｉ．学位论文第４８页共６３页以电量为基准的环境评价指标体系凝汽式机组的环境评价指标刀 ｍ，八６４３．４．２热电联产的环境评价指标对于联产机组的环境评价继承能源统一性评价指标的思想，由于 热量之间的不等价性，将电统一折合成热，以当量供电量为基准计算联产机组的环境评价指标。 当热电联产机组，供电量为Ｐ，供热量为Ｑｉ，，第ｉ种污染物排放量为ｍ；，因此有：热电厂供电的污染物排放强度为： ３．式 中４热电厂供热的污染物排放强度为：１ｃ，＝Ｐ＇－Ｐ，ｐｘ’”Ｐ’为机组发电量，ｋＷ；［ｍｇ／ｋＷｈ］（３－３）ｎ为每千瓦时供电量凝汽式机组第ｉ种污染物的排放浓度；嵘为厂用电量，ｋＷ；ｍ、为第ｉ种污染物的排放量ｋｇ／ｈ．ｃ ｈｐ；二一一一竺止一一一、１０６Ｐ ，，十么／ ＥＣＯＰ，， ＝一一一二生一一一ｘ １０６只，＋必， ／ ＥＣＯＰ，，＝—叫ｍ； — ｘ １０６Ｐ， ，十ＥＥＣＲ，，ｃＥＥＣＲｈ，Ｐ＋ＥＥＣＲｈ，Ｑｌ ，［ｍｇ／ｋＪ］ （３－５）［ｍｇ／ｋＷｈ］ （３－４）ｃ户．ｄｍ； ｘｃ＂＂０ ／ ＥＣＯＰ，华北电力大学〔北京）硕士学位论文第４９页共６３页３．４．３锅炉房集中供热的环境评价指标 对锅炉房集中供热，当锅炉房供热为么ｋＪ／ｈ，锅炉房集中供热系统流程泵功Ｐｗ ｋＷ，第ｉ种污染物排放量为ｍ； ｋｇ／ｈ。假定电动热泵所消耗的电量来自代表电网技术水平的主力凝汽机组，主力机组的排放强度为刃． ｍｇ／ｋＷｈ，因此有：热电厂供热的污染物排放强度为： ｍ； ＋ ＰＷ ｘ ｃ二ｘ １０６ｃ夕＝Ｑｈ 如果忽略泵功所产生的微小影响，则：［ｍｇ／ｋＪ］ （３－６）・“一ｍＱｂ＇ ｘ １０６３．４．４热泵供热的环境评价指标［ｍｇ／ｋＪ］ （３－７）假定电动热泵所消耗的电量来自代表电网技术水平的主力凝汽 机组，主力机组的平均排放强度为ｃ；＂ ｍｇ／ｋＷｈ．当热泵消耗了电量为Ｐｈｈｐ，供热量为Ｑｒ：时：热泵采暖对环境的污染强度：‘ ”二一一Ｑｈ一一一ＣＯＰ￣Ｊ二了 ，尸了ｃ＂ ＊ ｘ Ｐ ，ｒ， ｃ ＇，＊［ｍｇ／ｋＪ］ （３－８） 由式（３－８）可以看出，热泵采暖的环境效益是和电厂主力机组的环境效益相关的，提高机组的环境效益等于供应了更加清洁的电源，所以用电做功的热泵的环境效益也提高了：当主力机组的平均排放确定时，提高ＣＯＰ值相当于产生同样的污染物供了更多的热，所以热泵的环境效益也是提高的。华北电力大学（北京）硕士学位论文第５０页共６３页第四章燃机热电联产系统分析本章以实际工程项目为背景，研究比较分布式系统不同设备集成 之间的经济性差异，并结合前面的煤耗分析和环境控制标准，以期找到合理、节能、经济、环境效益好的分布式能源利用方式。＇４． １工程项目概况随着北京申奥成功和北京市环保标准的提高，北京现在采用的燃 煤锅炉将不能满足环保要求，北京市的煤改气工程逐步提上政府工作日程。如果将燃煤锅炉简单地改造为天然气锅炉，将天然气直接燃烧加热水或蒸汽供热，使得天然气燃烧产生的高品位热能未能充分利用，很显然是不经济的。而使用天然气楼宇热电联产（（ＢＣＨＰ）和区域热电联产（（ＤＣＨＰ）技术很好地解决了这一矛盾。我校共有建筑面积１ ４万平方米，电力负荷需求最低２００ｋＷ，最高达８００ｋＷ，从电网购电电价０．５０元／／ｋＷｈ，购买天然气价格１．６元／Ｎｍ３。目前该单位冬季采用燃煤锅炉供暖（为配合北京市的“煤改气”工程计划在未来２年内改用天然气），夏季部分建筑电空调制冷。根据单位发展，拟新建一幢１ ＯＯＯＯｍ２大楼，需配备集中采暖、制冷系统。＇４． ２系统方案制定４．２．１负荷确定由于大楼电负荷既可以来自分布式系统发电，也可以从电网购 电；分布式发电系统发出的电力既可以供给大楼使用，如果发电量过剩也可以在单位内部其它建筑物中使用。所以，选定方案时可以不考华北电力大学（北京〕硕七学位论文第５１页共６３ １４虑电力负荷情况口热（冷）负荷Ｑ，的大小可以根据建筑面积乘以各类建筑物的采暖耗热指标求出。么＝ｇ，ＸＳＸ１０６［ｋＪ／ｈｌ （４－１）式中Ｒ，为采暖耗热指标，与建筑物的性质有关。《城市热力网设计规范》（ＧＪＪ３４ － ９０）中规定，目前的城市住宅的采暖耗热指标为２０９－２３０ｋｊ／ｍ２ｈ（包括５％的管网损失）口根据建设部建科【 １９９７］３１号文件，考虑采用节能材料，全面实施建筑节能５０％的第二步目标，因此集中供热的新建、扩建的居住建筑工程的采暖指标将减少一半。参考北京市建委采暖指标推荐值冬季采暖指标取ｌ６０ｋＪ／ｍ２ｈ，夏季制冷指标取２１０ｋＪ／ｍ２ｈ，即冬季热负荷为４４４．４ｋＷ，夏季冷负荷为５８３．３ｋＷ ｏ４．２．２方案制定根据冷暖负荷状况和单位电负荷需求，我们制定了四种方案。 ［方案一］：微型燃气轮机十余热／直燃溟化铿吸收式空调机［ 方案二Ｊ：小型内燃机＋余热／直燃澳化铿吸收式空调机〔 方案三］：直燃澳化铿吸收式空调机「 方案四］：燃气锅炉十电制冷・方案一为微型燃气轮机热电冷联产系统，其微燃机发电主要供大 楼使用，少量的富裕电力供建设单位其它建筑的电负荷需要，采暖与供冷由余热／直燃澳化铿吸收式空调机供出。方案二为小型内燃机热电冷联产系统，其内燃机发电出力相对较大，除供大楼使用外，可承担建设单位的基本电负荷需求，这是该方案的最大优势，即热电冷联产系统的电力生产有合适的电力负荷需求相对应。方案三为直燃型滨化铿吸收式冷暖系统，方案四为燃气锅炉供热、电制冷系统，方案三和方案四是目前比较常见的方案，把这两个方案放在这里主要是为了进行经济性比较的，以下经济性比较中的冷暖费用是以方案四为比较基础。各方案所选主设备及其性能参数如表４．１所示。交＊Ｌｌ甚１团 帐暨板帐嫂袅骤钥拭婆乐骤ｌｒｖ月ｎｒ护Ｊ叻巾暖撅象蟾四因娥串留眨厂ＣＧｘ曰军豁艇｝ｉ１ＯＯＭ、Ｏ心泞Ｏ 一 Ｖ二寸弋十ＣＣ：Ｘ ｒ、哟 尸．司 ｝，．．物ＮＮｖｎ－，Ｃ二ｖ旧川叠宾照轰ｆｏ｝板：ｃ－４１Ｉａｌ拭令娜杯澎羲七剔二仁Ｏ 牟月 酬二口Ｃ Ｉ Ｉ戮寡闷Ｏ 翔与三ｆｆ之Ｎ联访侧ｔｉｔ国ｖ Ｉ板、二ｌＯ转拜毛日Ｏ《Ｎ撼的２露ｉ裂姜畏咪彭只彩尽汉宾口 羲ｍ 戮宾担已Ｃ：ｌ簿交用三，Ｉｍ训二币蕊３４Ｗ叫Ｊ叼酬Ｏ Ｎ膝￣之１Ｖ Ｉ国口国长葬＝拭ｖ卜，恻Ｏ体Ｎ田军侧－ＫＩｏ匆醚灿ｒ寸Ｃ，－ ００ｂＭＱ勺二Ｏ咬ｒＣＯ次Ｖ二Ｏ寸ＯＯ，．叫叫Ｘｒ价 ｎＮ等ＮＮＭＯｒ、代甘〕卜Ｍ７１车尔划浅洲照板ｔ本一甘报甘１Ｏ口匆理攘零招拭Ｉｌ｝犷Ｎ军０全０Ｍ０ＯＮ，＝００到Ｃ口、卜寸心寸（二Ｃ：，．曰Ｃ二户 叫ＸＣＣｒｒ咬勺习月．．叫Ｎｒ广别军全ｒ、，甘〕ｖｒＭＯＯ，．目Ｎｒ￣翻官禹体书Ｏｍ零到Ｒ翌翎拭Ｖ匆爱，厂寸Ｖ勺Ｃ：，．目 甘１晓ｒ、ａ二哗邻Ｏ伏蜷蒸担里拼口一酬侧画Ｎｃ０纂ＮＮＭ、心寸ＯＯＸ寸Ｍｆ泉０臀资巳叙，．．．叫球Ｙ３旅中｝Ｎ诫｝ｐ撅锌谭以酬比Ｈ钾板寡化钾申：ｚ４ｌ男州侧ｚ｝书侧侧 ｐ州岁飞王己罗飞ＺＺ咽排葬三田袅潺城言镇奋１二侧只１ｎＩｈ１Ｆ，｛缓己飞遥Ｚ胶一尸、只只只尸、、１＇２血如口联板铃锌授曰钾璐州越咽捉咧日；，白二了羡令崛留蕊嘴闷－叹越书岔ＨＫ －蓄令汾汾导叫０咽镇女寨犷葵撼舀以蒸扮扮祷露韶ｚ叹｝韶卑链留望镇领愈丈镇＃ａ羡钧嗽护邻华份漩扮：ｄ－汾田０一Ｖ－毓护扮华北电力大学（北京）硕七学位论文第５３页总６３页本文研究的目的在于比较上述各种方案的优劣，根据所拟订的方 案，可以比较热电冷联产系统之间的优劣，以找到合理的天然气利用方式，也可以比较热电冷联产系统相对于分产系统的经济性。＇４． ３方案热力性能指标分析方案一与方案二同属燃机简单循环热电联产方案，方案三相当于 锅炉房供热方案，方案四是冬季锅炉房采暖夏季热泵制冷方案。各方案的性能分析计算结果如表４．２所示。表４．２性能分析计算结果指标名称输入热量天然气消耗量月巨折合标准煤量余燃机排气温度 用热燃机排气流量利余热锅炉排气温度 供热量热网电耗量供供热当量电耗量热当量性能系数指供热煤耗量标供热标准煤耗率供热效率烟气当量发电效率供冷量指制当量电耗量标冷当量性能系数燃耗后己供电指标单位ＧＪ／ｈ方案一２．０４方案二３．２１９１．２７１０９．５１４７８方案三１．７４４９．４６方案四１．７７ｍ３／ｈｋｇ／ｈ℃５８．０８６９．６９６１５５０．３２６０．３８５９．３７ｋｇ／ｈ℃ＧＪｋＷｋＷ２９８８９５１．５３４１８５０９５１．４１４１．６１４１．６１４１８６．９５２．３９４０．９８２０石１１８．８６６．４４４．６７４１．３１８３．８９２．４３５９．３７３６．８８９２．４６２．０９１０．３６ｋｇ／ｈｋｇ／ＧＪ％％ＧＪ２５．２８１６．５４２０６．１７６０．３８３７．５９０．９３２．０９８．０９１．９９８．０９１．８３ｋＷ４０．９８１３．４７２０石１２４．５２１８３．８９３．１６１９３．５２３．０当量供电量系统供电量供电煤耗量供电标准煤耗率当量供电效率ｋＷｋＷ１１３．９２７２．９４４４．４１３５０．６１３３０１０３．０８ｋｇｇ／ｋＷｈ％６１１．７５２０．０８３１２．３５３９．３２华北电力大学（北京）硕士学位论文第５４页总６３页方案二中内燃机供热一部分是回收烟气余热，一部分是气缸夹套 水热量，一部分是回收冷却润滑油热量。由于后二者热量品质低，几乎不具有发电能力，所以在计算供热当量只计算烟气的当量发电量，而在计算供热量的时候考虑夹套水热量和润滑油冷却热量，由于增加了一部分废热所以计算结果ＥＣＯＰ、供热效率会比较高，而供热煤耗率会比较低。方案三和方案四中燃料的技术拥取电网主力机组燃料技术拥，即“＝３．０３．ｍＵ［一丫｝ＩＧ．５７．．．． ｝豁肠翔胭４．６｝脂］｛鬓激习耀］矍蘸藻毅爵］］姗图４．１供热煤耗率图４．２供电煤耗率从以上的分析比较可以明显看出联产供热煤耗远远低于直接供 热，即从能源利用的角度看分布式热电冷联产系统优于将天然气直接燃烧供热。如图４．１所示。从图中还可以看出，内燃机方案优于微型燃气轮机方案，因为内燃机发电效率大大高于微型燃气轮机，方案２采用内燃机供热，其供热参数品位更低，节能效果更好。由于二种燃机的供电效率相差很大，其供电煤耗率相差几乎１倍，如图４．２所示。＇４． ４各方案环境指标分析本节主要目的是比较微型燃气轮机与内燃机方案环境效益的优 劣，并将联产方案与天然气直接采暖方案环境效益比较。方案三与方案四采暖方案属于同一种类型相当于燃气锅炉采暖方案，所以这里将华北电力大学（北京）硕士学位论文第５５页总６３页这两个方案作为同一种方案比较。方案四中夏季电制冷，虽然是采用的电对当地没有污染，但存在污染转移的问题。更由于问题的复杂性以及燃煤电厂的污染物种类及排放强度远远高于燃气电厂，不便于比较，因此本文这里不将其列入比较范围。由于燃机和燃气锅炉是以天然气为燃料，天然气基本不含硫份， 所以排气污染物几乎不含二氧化硫，天然气燃烧几乎也不产生灰份。天然气燃烧主要污染物为氮氧化物。各方案氮氧化物排放指标计算如表４． ３所示。单位方案一方案二方案三ＧＪ燃供热量１．５３１．４１１．６１机供电量ｋＷ７２．９４３３０排当量供电量ｋＷ１１３．９２３５０．６１孟曰．气供热当量供电量ｋＷ及４０．９８２０．６１参燃机排气流量ｋｇ／ｈ２９８８１８５０１００２数燃机排气体积流量Ｎｍ３／ｈ２３６３１４６３７９３燃机氮氧化物浓度ＰＰＭ２５２００１５０氮氧化物排放总量ｍｇ／ｈ５９０７５２９２６００强１１８９５０度供电氮氧化物排放量ｍｇ／ｈ３７８１３２７５４００指供电氮氧化物排放强度ｍｇ／ｋＷｈ５１８．５６８３４．５５标供热氮氧化物排放量ｍｇ／ｈ２１２６２１７２００１１８９５０供热氮氧化物排放强度ｍｇ／ＧＪ１３８９６．７３１２１９８．５８７３８８１．９８｝方案一方案方案二图４． ３氮氧化物排放总量图４．４氮氛化物排放浓度指标华北电力大学（北京）硕上学位论文第５６页总６３页Ｏ０ｎＵＯｎ』Ｕ卜Ｕ７０Ｏ目．１－一详牲日几一厂－己Ｃ０门￣一毖泛ｌａＯｎ日户驾４八Ｕ八曰＝日０）Ｏ八们口ｒ，份八１］『Ｕ，胜八１］ｎ卜Ｕ方案一方案二图４．５供电氮氧化物排放强度指标图４．６供热氮氛化物排放强度指标从图４． ４和图４．５可以看出采用浓度指标比较方案二的排放浓度是方案一的８倍，而强度指标表明二者每千瓦时供电量氮氧化物排放量相差不到一倍。这说明浓度指标不能真实的反映出生产同样电力排放污染物的多少，方案一相对于方案二燃烧同样多的天然气消耗了更多的空气，相当于对排气进行了稀释，污染物排放量并没有降低对环境的影响没有太大的减小，片面地比较这种浓度指标的低排放是没有什么意义的。从图４． ６可以看出方案一与方案二是相当的，方案二更低一些，因为方案二利用的余热品位更低一些，供热在能源消耗中占的比例更小一些，所以其污染物排放量也就更小一些。天然气直接燃烧供热的氮氧化物排放强度要比联产方案高的多，这是因为供热消耗了更多的燃料，所以排放污染物量更多一些。＇４． ５各方案的经济性分析为方便起见，均以方案四为比较的对象，既可以比较各方案之间 的经济性差异，也可以比较分布式全能量系统和常规采暖、制冷之间的经济性优劣。４．５． １运行方式的确定华北电力大学〔北京）硕士学位论文第５７页总６３页考虑到各方案的发电效率和热效率，和北京的采暖、供冷实际状 况，确定了以下运行方式。．方案一运行方式：由于此方案发电效率比较高，机组在非采 暖制冷季节运行也有一定的经济性，为了提高机组的利用效 率采用全年运行方式，即全年运行７９２０小时。供热制冷不足 部分，采用补燃方式解决。 ．方案二运行方式：虽然此方案机组也有电力输出，但是机组 纯发电效率太低（ ２６％），如果没有冷热负荷单纯发电方式运行，没有经济效益。所以该机组只能在有冷暖负荷的情况下 运行，即冬季运行１ ３０天，夏季运行１００天，年运行５５２０小时。供热制冷不足部分，采用补燃方式解决。 ．方案三运行方式：冬季运行１ ３０天，夏季运行１００天，年运 行５５２０小时。．方案四运行方式：冬季运行１ ３０天，夏季运行１００天，年运 行５５２０小时。为方便起见，均以方案四为比较的对象，表４． ４为各方案的主要技术指标。 表４．４各方案的主要技术指标项目符号方案一方案二方案三方案四系统小时供热量ＧＪ１．５３１．４０１．６１１．６１系统小时发电量ｋＷｈ８０３３０系统小时供电量ｋＷｈ６８．９４３２６系统小时热耗量ＧＪ２．０４３．２１１．７４１．７７小时天然气耗量Ｎｍ３／ｈ５８．０８９１．２７４９．４６５０．３２系统自用电量ｋＷ１１．０４４４系统总效率％８７．７６８０４９２．５３热电比５３１１．１系统年运行小时ｈ５５２０７９２０５５２０５５２０＇系统年供热量ＧＪ８４４５．６７７２８８８８７．２５０２３．２系统年发电量ｋＷｈ４．４２ Ｘ １０＇２石１Ｘ１０６系统年供电量ｋＷｈ３．８１ Ｘ １０５２．５９Ｘ １０＇一４６．６万年耗天然气量Ｎｍ３３．２１ Ｘ １０＇７２２ Ｘ １０＇２．７３ Ｘ １０５１．５７Ｘ １０５＊其中燃气锅炉采暖运行３１２０ｈ，电制冷运行２４００ｈａ华北电力大学（北京）硕ｉｓ学位论文第５８页总６３页４．５．２各方案的技术经济性分析为了给建设单位提供全面的项目决策及相关建设条件手续履行 的基本依据，我们对三种方案进行了投资估算和财务评价，结果如表４．１所示。其中：表中年节约采暖制冷费用是方案三的费用，夏季制冷耗电量约４６．６万度，制冷总成本２４．５３万元；冬季燃气锅炉采暖成本约２９．５５万元。表中静态总投资包括大楼内的采暖、制冷设备投资。方案一余热采暖制冷不足部分采用补燃的方式解决。方案一方案二方案三方案四图４．７各方案投资额比较图４．８各方案年节约资金比较由技术经济性分析比较中我们可以看出： （Ｉ）方案一经济性比较差。经济性比较差的原因是该方案机组发电效率太低，高品位的热能没有得到充分的利用；而且增加了设备投资，增加了建设成本，而花费了高投资获得了低受益，使得这部夯投资得不偿失。 （２）方案二即内燃机方案经济性最好，因为内燃机发电效率比较高，生产出了比较多的高品位的电能，但是该方案投资额比较高，发出的电力需要有相应的电力负荷需求：本方案采用内燃机方案有一个明显的优势发出的电力有相应的电力需求，该单位电力负荷在２００ｋ Ｗ至８００ｋＷ之间，内燃机发电量为３３０ｋＷ，内燃机在５０％负荷以上允许效率降低不大，而燃气轮机效率随负荷变化较大如图４．９所示。华北电力大学（北京）硕士学位论文第５９页总６３页（ ３）方案三的经济性比较低，但是设备比较简单，投资比较低；（ ４）方案四的经济性最差，而且投资比方案二高，同时由于夏季使用电空调制冷加大了区域的电力负荷峰谷差，不利于电网的经济、安全运行。＇４． ６结论从以上的技术指标、煤耗指标、环境指标和经济性比较，在目前 的电价和天然气价格条件下，采用内燃机热电冷联产具有一定的经济效益。但是，在目前的条件下，分布式热电联产系统发电上网的问题仍然难以解决，内燃机发电量比较大只能在单位内部自己使用，所以内燃机多联产一般只适合用于有较大电力负荷的单位采用口 目前，燃机热电冷联产系统面临的重要难题是燃气费用过高，导致发电成本过高，如果没有合适的电力市场接纳其发电量，其发展应用将非常困难。而考虑我们国家现在所面临的巨大环境压力，我们不得不用一些清洁的能源来代替我们目前造成环境污染严重的煤炭资源，在洁净能源的利用上应该给予一定的价格优惠。天然气分布式发电技术是一项大有前途的技术，而分布式最大的优势还在于它的灵活性、高效、排放低、安全有保障。八次）并象护 八〕 ４一一‘一一一￣一一一一一一￣一一户一种一种一，，－￣，一碑－一一‘一一一一一一一一分．一‘分一升，￣￣一分＿份、 ．扮十一声￣产，．．，扮行￣一－一￣￣广￣护份￣砂刁，．沦机Ｌ５ ０ ６０ ７０ ８０ ９傲ｒＩ／１ １００图４．９燃机负荷特性 华北电力大学（北京）硕士学位论文第６０页总６３页参考文献１．关于发展热电联产的规定．国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会、建设部，２０００． ８２．热电冷联产项目可行性研究技术规定．国家发展计划委员会、国家经济贸易委员会、建设部，２００１ ．１３．周少祥，胡三高．总能系统一炯．华北电力大学（北京）４．周少祥，任建．微型燃机热电冷联产系统的技术经济分析．第二届海峡两岸热电联产学术交流论文集，２００２． ５，昆明５． Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｒａｔｉｎｇ ｏｆ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔｓ Ｆｏｒ ＰｒｏｊｅｃｔＰｌ ａｎｎｉｎｇ， Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｐｒｏｃｕｒｅｍｅｎｔ， Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｗｏｒｌｄ１ ９９９－２０００ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｓｐｅｃｓ．６． Ｒｏｌｆ Ｋｅｈｌｈｏｆｅｒ， Ｃｏｍｂｉｎｅｄ－ｃｙｃｌｅ Ｇａｓ＆Ｓｔｅａｍ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔｓ，Ｆａｉ ｒｍｏｎｔ Ｐｒｅｓｓ， １９９１．７．危师让等．联合循环蒸汽系统的优化设计研究．燃气轮机发电技术，２００２， ４（１）８．邓世敏等．联合循环蒸汽系统参数分析研究．动力工程，１９９８．４９刘志刚等工质物理性质计算程序的编制及应用．科学出版社，１９９２１０．林勇虎，焦树建．余热锅炉最小温差和接近点温差的选择燃气轮机３技术，１９９４．１１．朱行健，王雪瑜著，燃气轮机工作原理及性能．科学出版社１２．王世忠．热电联产热、电分摊概念．热能动力工程，１９９６．４１３．孙志高热电冷三联供系统热电分摊方法研究．热电技术，２０００．３１４．朱成章．我国热电联产政策的再认识中国能源，１９９８．６１５．宝曼（Ｂｏｗｍａｎ）动力有限公司产品说明书（英国）１６．颜巴赫（Ｊｅｎｂａｃｈｅｒ）公司产品说明书（奥地利）华北电力大学（北京，硕士学位论文第６１页总６３页１７１８远大空调有限公司产品说明书（中国）伊盟青春山开发区燃机热电联产项目可行性研究报告．华北电力大学，２００１．５中国能源网（ｗｗｗ． ｃｈｉａｎ５ ｅ． ｃｏｍ ）２２．中国工程院、中国科学院能源技术领域燃气轮机总能系统技术重２３焦树建热电联产型燃气一蒸汽联合循环中总热效率等特性参数２４．焦树建热电联产型燃气一蒸汽联合循环中总热效率等特性参数２５．国家统计局工业交通司．中国能源统计年鉴１９９１－１９９６．北京：中国统计出版社，１ ９９８２６．宋健．走可持续发展道路是中国的必然选择．见：中国环境年鉴１９９６．北京：中国环境年鉴社，１ ９９６２７．祝兴祥等．中国的排污许可证制度．北京：中国环境科学出版社，１９９１ ２８．国家环境保护局＿１９９５年中国环境状况公报．见；中国环境年鉴１ ９９６北京：中国环境年鉴社，１９９６２９．国家环境保护总局．１９９６年中国环境状况公报环境工作通讯．总第２３４期（１ ９９７年７月）Ｏ１．１ｎ勺儿ＩＣＨＩＫＡＷＡ Ｔａｔｓｕｍｉ． Ａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｃｒｏ Ｇａｓ Ｔｕｒｂｉｎｅ ａｓＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｕｔｉｌｉｔｙ ＰｏｗｅｒＴｈｏｍａｓ Ｂ．Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ， Ｈｅｎｒｙ Ｋｅｌｌｙ， ｅｔｃ． Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒ Ｆｕｅｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ［Ｃ１． Ｉｍｐｏｒｔａｎｔ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ Ｕｎｉｔｅｄ ＮａｔｉｏｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ， Ｒｉｏ ｄｅ Ｊａｎｅｉｒｏ， １９９２点专题咨询专家组（ 执笔：林汝谋等）．燃气轮机总能系统技术［Ｒ１．国家计委国家“十五”高技术产业发展计划和２０１ ５年规划重点专题咨询研究报告，２０００ 的计算关系式（一）， 燃气轮机发电技术，２００１，３（４）的计算关系式（ 二）．燃气轮机发电技术，２００２，４（１）华北电力大学（北京）硕士学位论文第６２页总６３页３０．国家环境保护总局．１９９８年中国环境状况公报环境工作通讯．总第２５８期（１９９９年７月） 引．葛察忠等．中国电力工业二氧化硫控制．见：二氧化硫排放交易中国环境科学出版社，２０００ ３２．马中等．中国的污染物排放总量控制．见：二氧化硫排放交易．中国环境科学出版社，２０００ ３３．国家环境保护总局科技标准司编．工业污染源达标排放技术．中国环境科学出版社．北京，１ ９９９３４．钱谊等．中美污染物排放标准比较研究．中国环境，１９９９．１３５．潘家栋．我国环境标准的现状及完善对策．重庆环境科学，１９９９．３３６． ＧＢ１３２２３－１９９６《火电厂大气污染物排放标准》．国家环境保护总局，国家技术监督局，１ ９９６．３３７． Ｄ８１１／１３９－２００２《锅炉污染物排放综合标准》．北京市环境保护局，北京市质量技术监督局，２００２． １华北电力大学（北京）硕士学位论文第６３页总６３页致谢本文是在导师周少祥教授的悉心指导下得以顺利完成的。周老师 正直的为人、严谨的作风、淡泊名利、专心治学的学术精神是我的研究生学习阶段受到最有益的教诲，必将深深影响我今后的做人、工作、学习和生活，使我受益终生，投在周老师门下学习是我的一大幸事，我也会倍加珍惜这三年来和周老师结下的这段珍贵的师生情。在课题阶段周老师对我的论文倾注了大量的心血，导师对论文工 作严格把关，对研究工作中出现的问题提出了许多建设性的意见，周老师渊博的学识和悉心的指导是论文顺利完成的重要保障。在此对周老师表示衷心的感谢！另外，对中国能源网、颜巴赫北京代表处、瓦锡兰北京代表处、 远大空调有限公司的同志表示感谢，在论文阶段和他们进行了偷快的合作，并为我提供了大量的资料使论文得以顺利完成。最后，对我的家人、朋友和同学表示衷心的感谢，没有你们一贯 的关心与支持就没有本论文顺利的完成！