某厂热电冷三联供改造技术经济评价及意义
摘要：热电冷联供是一种先进的总能综合利用系统。通过对某厂中央空调系统热电冷改造前后进行技术经济评估，表明热电冷联供系统节能效果明显，具有良好的社会和经济效益，并且符合国家的有关政策规定，具有良好的发展前景和应用价值，值得大力推广。
1引言
合理利用能源，提高能源的利用率是国内外比较关注的问题，总能系统能量综合利用是节能的主要方向，近年来国内外都致力于总能系统的研究。所谓总能系统就是能量自给系统，即该系统所需的能量几乎都是由该系统中所设的唯一能源供给。热电冷三联供系统是一种典型的总能利用系统，其特点是能提高一次能源利用率，实现能量的分级使用，从而达到能源综合利用之目的。
热电冷三联产是在热电联产基础上发展起来的，是指锅炉产生的蒸汽先通过汽轮机发电做功，抽汽或排汽除满足各种生产热负荷外，还可以用作吸收式制冷机的工作蒸汽，提高了夏季热电厂的发电量与供热量，以最终达到整个系统的热负荷平衡，使系统能够高效运行，提高全年的综合经济效益。
2热电冷项目改造背景
该工厂是为一大型化工单位提供生产用电和用汽的自备电厂，办公楼和各值班室冬季采暖是利用工厂低压蒸汽，而夏季则都是使用压缩式冷水空调机组，还有不少零星的分体式空调机。由于季节的影响，该厂夏季蒸汽供应量只有冬季热负荷的80％左右，因此决定将整个生产办公区的空调系统改为吸收式蒸汽制冷系统，在可以增加发电量的同时减少了自身系统的耗电量。
该厂原有的两台压缩式制冷冷水机组参数如表1。
采用的两台双效蒸汽制冷机技术参数如表2。
3技术经济评价
关于热电冷技术经济评价标准有不少文献从不同的角度讨论了三联产的经济性问题。文献［1］对几种评价标准作了综合评述并认为要给予系统恰当的评价，应该将几个标准进行综合评价。笔者认为：对于以上改造系统采用改造前后经济效益比较、发电效率和当量热力系数来综合评价比较适宜。
3．1项目改造前后的经济效益指标
热电冷三联供系统中吸收式制冷机组不仅节省了压缩机的耗电量，而且利用了热电厂的部分蒸汽，使电厂机组的发电量增加，提高了机组效率，降低了煤耗。表3列出了该厂热电冷项目改造前后经济效益指标比较，空调系统整年运行时间为4个月，折算平均每天运行时间12h（部分24h运行），其它有关指标参考机组技术参数表和工厂运行记录。从表中可以看出改造后将为工厂每年带来20多万元的经济效益。
表中有关计算数据说明：
（1）每kWh电可以提供7t冷却水或冷水；
（2）润滑油的消耗按每台压缩式机组每月250kg计算；
（3）汽轮机进汽焓值为3099kJ／kg，锅炉给水焓为628kJ／kg，锅炉效率为87％，燃煤热值为23000kJ／kg；
电价按0．4元／k W·h，润滑油价按0．5元／kg，煤价按270元／t计算。
3．2当量热力系数
由于压缩式制冷和吸收式制冷消耗的能源品质不同，仅从两者的热力系数COP值比较不能客观的反映其经济性能。当量热力系数是以产生一定冷量时最终消耗的燃料为经济评价指标，是较为科学的方法。压缩式制冷的当量热力系数为：
式中：ηe、ηn、ηm———电厂效率、电网效率和压缩机电机效率；
Q0、W———制冷量和耗电量，k W；
COPe———压缩式制冷机组的性能系数。
在热电冷三联供系统中，吸收式制冷机组所消耗的热能是经汽轮机作了功的蒸汽能，当量热力系数为：
式中：Q0、Qh———制冷量和耗热量，kW；
COPa———吸收式制冷机组的热力系数；
ηP———蒸汽管道输送效率；
μ———单位燃料燃烧产生的相当于排汽（抽汽）处的热能数。
表4列出了该厂原有和改造后压缩式制冷机组和吸收式制冷 机组的当量热力系数，计算结果表明，对该热电厂来讲蒸汽吸收式制冷机组的当量热力系数要比压缩式制冷机组的当量热力系数大。
表中各有关系数取值：ηe＝0.30、ηn ＝0.9、ηP＝0.95、μ＝2．65。其余各计算值由机组技术参数得到。
3．3发电效率
热电分产加压缩式制冷时，发电效率为：
式中：W0———发电量，kW；
Gf———燃料消耗量，kg／h；
Hu———燃料低位发热量，kJ／kg。
而热电冷三联产在满足冷热负荷的条件下，多输出电量为ΔW，多消耗一次燃料为ΔG，则热电冷三联产发电效率为：
表5为计算得到的各发电效率。式中计算时取分产时发电效率为0．34，负荷率为85％，煤的低位热值为23000 kJ／kg。
4该项目改造的意义
该厂所在公司是70年代建成的石油化工厂，经过近几十年的发展和技术更新改造，目前已经是产品种类齐全、技术力量雄厚、生产设备比较先进的大型石油化工企业，其产品畅销国内外。热电厂随着公司的发展，经过几次改造，目前拥有五台高压锅炉（700 t／h），三台背压式高压汽轮机、两台背压式和两台抽凝式中压机组，总装机容量为近10万kW。除满足生产用电用汽外，所有办公和生活用电和用汽也由热电厂提供。
由于历史的原因，当时并没有考虑生活和办公用空调系统。随着人们生活水平的提高，办公和家庭空调普遍安装了以电能驱动的蒸汽压缩式制冷系统。另一方面，由于化工生产的工艺需要，很多生产线都设有压缩式制冷设备，提供生产用冷水和冷冻水。因此每到夏季来临时，工厂用电十分紧张，不得不从电网吸电以弥补发电量的不足。在此同时，由于相对冬季来讲各生产装置用汽负荷有所下降，生产供汽不能满负荷供给，造成外供蒸汽不能满负荷运行。由此可见，热电冷联产是解决该厂夏季汽电矛盾的最好方法。
比较有利的条件是，工厂的每个生产线都设有中压蒸汽管道，家属区设有余热蒸汽管道系统供冬季采暖。因此热电冷项目的改造可以节省蒸汽管道的设备投资。目前工厂正在进行大规模的技术更新改造和职工住房安居工程的实施，如果在该区域实行热电冷联产项目，不但这一措施符合国家的相关政策，对该地区的区域热环境的改善、节省小区建设总投资（包括家庭二次装修投资）和正常运行费用、改善职工的生活生产环境和最终提高生产效率将产生深远的影响。
5结论
热电冷三联产是一种先进的总能生产系统，可以实现能量的梯级利用，具有热力学方面的优势。随着社会的发展和人民生活水平的提高，夏季供冷和冬季供热已经成为大中城市（尤其是长江中下游地区）提高生活质量的要求，热电冷三联供为这种需求提供了一个可行的方案，对于那些已经具有热电生产的地方更具有优势。热电冷三联供中采用的吸收式制冷机组（热泵）代替压缩式制冷机组（热泵），不但减轻了CFC造成的温室效应和对臭氧层的破坏，而且提高了燃料的利用率，减少了环境污染，符合世界上日益强烈的环保要求。热电冷联供系统节能效果明显，可取得良好的社会和经济效益，符合国家的有关政策规定，具有良好的发展前景和应用价值，值得大力推广。
参考文献
［1］吕静，王中铮．热电冷三联产评价标准评述［J］．节能，1998，（7）．
［2］杜垲，钱瑞年，杨思文．热电冷三联供应用分析［J］．动力工程．1998，（4）．
［3］顾昌．热电冷联产的热经济性分析［J］．中国能源．1994，（3）．
［4］严德隆，张维君．空调制冷及热电冷联产系统的能耗分析［J］．暖通空调，1998，（6）．
