熱電廠冷水機組方案優(yōu)選

李文勝

（中電投電力工程有限公司，上海200233）

0 前言

某熱電聯(lián)產(chǎn)項目位于夏熱冬暖地區(qū) （海南洋浦），根據(jù)項目批復(fù)文件，配套供熱管網(wǎng)凝結(jié)水回收，其參數(shù)：1.0MPa／100℃；流量：230m3／h。按《工業(yè)余熱術(shù)語、分類、等級及余熱資源量計算方法》 （GB／T1028-2000）有關(guān)規(guī)定，此余熱資源屬于二類，應(yīng)盡快回收利用?，F(xiàn)有對此利用方式是直接去給水系統(tǒng)作回熱用。

熱電廠具有豐富的汽源，冷水機組常采用蒸汽型雙效吸收式 （擴建工程常采用這種方案）或蒸汽型雙效吸收式＋電動壓縮式 （其作為備用機組，因熱電廠投運之前無汽源，新建工程常采用這種方案）設(shè)計方案。全廠空調(diào)、降溫通風系統(tǒng)的冷負荷大 （約為2325kW），且全年運行時間長，宜采用集中制冷站設(shè)計方案。

結(jié)合上述情況，本項目初步選用單雙效結(jié)合溴化鋰吸收式冷水機組，從熱網(wǎng)回至熱電廠的凝結(jié)水接冷水機組單效發(fā)生器先經(jīng)加熱后再去鍋爐給水系統(tǒng)作回熱用，來自低壓輔助蒸汽聯(lián)箱或汽輪機低壓缸的蒸汽接冷水機組高壓再生器，凝結(jié)水和蒸汽作為單雙效機組的驅(qū)動熱源。根據(jù)熱源條件和冷負荷變化，單雙效機組既可單效，也可雙效，再或單、雙效結(jié)合運行。

選擇冷水機組方案時，因結(jié)合了余熱資源利用，故各方案的運行費用不容易確定，而運行費用卻是影響決策的重要指標。

本文運用動態(tài)費用年值法＋層次分析法＋模糊綜合評價法，以便得到全面、合理、準確、科學的結(jié)果，提高方案優(yōu)選的可靠性和精度。

1 經(jīng)濟性對比分析

從集中制冷系統(tǒng)形式，以及相關(guān)輔助設(shè)備、安裝和土建部分等方面，對冷水機組分別采用水冷螺桿式冷水機組 （以下簡稱水冷機組）、單雙效結(jié)合溴化鋰吸收式冷水機組 （以下簡稱單雙效機組）、蒸汽型雙效溴化鋰吸收式冷水機組 （以下簡稱雙效機組）和風冷螺桿式冷水機組 （以下簡稱風冷機組）的四個方案進行經(jīng)濟性對比分析；為對比簡化起便，風冷螺桿式冷水機組 （以下簡稱風冷機組）方案先扣除冷卻水系統(tǒng)的初投資和冷卻水泵的耗電量 （300kW）以及部分土建部分費用；各方案均不考慮備用機組；對應(yīng)鍋爐給水系統(tǒng)回熱設(shè)備相差不大，因此，以下內(nèi)容只對冷水機組進行經(jīng)濟性對比分析。

以上對比分析同時也將100℃的凝結(jié)水直接對鍋爐給水系統(tǒng)回熱的設(shè)計方案和先對單雙效機組加熱然后將產(chǎn)生的87.58℃的凝結(jié)水再對鍋爐給水系統(tǒng)回熱的設(shè)計方案也作了經(jīng)濟性對比分析。

因水冷機組不需要使用熱網(wǎng)回來的凝結(jié)水，所以經(jīng)濟性對比分析均以它為基準。

1.1 冷水機組主要性能參數(shù)對比表

表1 .1-1 冷水機組主要性能參數(shù)對比表Tab.1.1-1 Comparison table of main performance parameters of water chillers

注：項目投運初期，熱負荷較低，熱網(wǎng)凝結(jié)水回水量不能滿足額定制冷量要求，如單雙效機組要達到滿負荷運行要求，必須另加入部分蒸汽使機組單、雙效結(jié)合運行。

1.2 運行費用對比

基準方案 （水冷機組方案）、方案一 （單雙效機組方案）、方案二 （雙效機組方案）、方案三（風冷機組方案）的運行費用對比見表1.2-1。

表1 .2-1 運行費用對比Tab.1.2-1 Comparison for operating cost

注：

1）本表僅對冷水機組能耗作對比；

2）在年運行費用中，燃料費和電費對方案比較的影響較大，而水費較小且區(qū)別不大，因制冷系統(tǒng)構(gòu)成基本相同，故僅對燃料費和電費作對比；

3）考慮人工費及維護管理費較小，相差也不大，表中也未計入；

4）熱力 （當量值〉折標煤系數(shù)：0.03412 kgce／MJ；

5）再熱機組熱耗量可由式 （1）計算［1］：

式中：

Qsr— 汽輪機熱耗量，kJ／h；

Dzq—汽輪機主蒸汽流量，t／h；

hzq—汽輪機主蒸汽焓值，kJ／kg；

Dgs—最終給水流量，t／h；

hgs—最終給水焓值，kJ／kg；

Dzr—汽輪機再熱蒸汽流量，t／h；

hzr—汽輪機再熱蒸汽焓值，kJ／kg；

Dlzr—冷再熱蒸汽流量，t／h；

hlzr—冷再熱蒸汽焓值，kJ／kg；

Dgj—過熱器減溫水流量，t／h；

hgj—過熱器減溫水焓值，kJ／kg；

Dzj—再熱器減溫水流量，t／h；

hzj—再熱器減溫水焓值，kJ／kg；

Dgoi—鍋爐側(cè)排出 （或漏出）的第i股蒸汽（或水）的流量，如鍋爐排污、吹灰或其他泄露，t／h；

hgoi—鍋爐側(cè)排出 （或漏出）的第 i股蒸汽（或水）的焓值，如鍋爐排污、吹灰或其他泄露，kJ／kg。

1.3 年費用比較

基準方案、方案一、方案二、方案三的年費用比較結(jié)果見表1.3-1。

表1 .3-1 年費用比較Tab.1.3-1 Comparison for Annual cost

注：本表采用動態(tài)費用年值法對基準方案、方案一、方案二、方案三進行經(jīng)濟性比較。年費用的計算公式為：

式中：

AW—年費用，萬元；

C0—初投資，萬元；

C—年運行費用，萬元；

i—年固定費用率，取10．1852%；

m—使用壽命，取15年。

由上述數(shù)據(jù)比較可知，單雙效機組方案經(jīng)濟性較優(yōu)，水冷機組方案次之，雙效機組再次之。

2 綜合性對比分析

本文采用的層次分析法對需多目標、多標準、多因素、多方案綜合評價的冷水機組設(shè)計方案優(yōu)選被公認為相當有效。

為避免層次分析法在標度等問題上存在的局限性，克服過分主觀偏好、片面性，本文運用插值法和隸屬度概念對主、客觀因素進行量化處理來加以彌補，使確定權(quán)重的方式更客觀。

按所比選冷水機組的技術(shù)特征，選取經(jīng)濟性B1（直接、間接費用及效益、能源市場價格及其變化等）、可行性和可靠性B2（資源條件、氣候適應(yīng)性、制冷出力的衰減性、運維管理等）、調(diào)節(jié)性和可操作性B3（冷、熱量調(diào)節(jié)能力、穩(wěn)定性和魯棒性等）、安全環(huán)保性B4（防火防爆、環(huán)境及職業(yè)健康安全管理、制冷劑的環(huán)保性能、碳排放等）和壽命B5（設(shè)備的經(jīng)濟壽命、使用壽命等）這5個一級評價因子進行綜合評價。其中B1為定量指標；B2～B5為定性指標，用1～9標度 （相對重要性程度）法兩兩相互比較后打分確定。從基準方案C1、方案一C2、方案二C3、方案三C4中優(yōu)選出冷水機組方案A。各層次中選取的評價因子應(yīng)互相獨立，使綜合評價結(jié)果做到客觀真實，如相互之間有關(guān)聯(lián)，則需引入網(wǎng)絡(luò)層次分析法等方法。注：因各冷水機組的環(huán)保性能差異容易區(qū)別，故對生命周期評價 （LCA）中的常規(guī)成本、環(huán)境影響成本結(jié)合一起考慮。

對B1評價因子，令各方案年費用集合 （0，-59，39，51）中數(shù)值0對應(yīng)得分為1，數(shù)值-59對應(yīng)得分為5，將數(shù)值39，51進行均勻插值處理后再在1～1／5之間打分 （分母取整），得出新集合 （1，5，1／3，1／4），以此為基礎(chǔ)得到 B1-C判斷矩陣如下：

層次結(jié)構(gòu)模型如圖2-1所示：

計算A-B判斷矩陣的特征向量并歸一化處理后求得標準化特征向量bj（＝乘積n次方根／n次方根之和），見表2-1。

圖2 -1 模型分層結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-1 Block diagram of Hierarchical structure of model

表2 -1 A-B判斷矩陣標準化特征向量計算過程Tab.2-1 Calculation process of standardized eigenvectors of A-B judgment matrix

對A-B、B2-C、B3-C、B4-C、B5-C判斷矩陣，各矩陣數(shù)值暨評價結(jié)果 （綜合隸屬度）按模糊數(shù)學中的最大隸屬度原則根據(jù)模糊綜合評價法確定，其中評價等級分成9檔暨評價級V＝{1，2，3，4，5，6，7，8，9}，評價項目 （權(quán)重）為以上矩陣數(shù)值的計算項。打分由本專業(yè)科室人員完成。如緊排在最大隸屬度所在等級之后的二個等級的綜合隸屬度之和≥0．5，則評價等級應(yīng)下調(diào)一個等級。

B2-C、B3-C、B4-C、B5-C判斷矩陣如下：

按以上方法，將B2～B5判斷矩陣的標準化特征向量cij填入表2-2中。

在云算子網(wǎng)頁（http：／／www.yunsuanzi.com／）上通過 “矩陣特征值及特征向量在線計算”求得各判斷矩陣的最大特征根λmax，并將結(jié)果填入表2-2中。基于云計算技術(shù)的云算子可在線求解矩陣運算、數(shù)學規(guī)劃和數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域內(nèi)的問題。

表2 -2 一致性檢驗計算過程Tab.2-2 The calculation process of consistency check

表2-2中，一致性指標CI按下式計算：

式中，λmax—最大特征值；n—矩陣階數(shù)。

A-B判斷矩陣的最大特征值λmax＝5．266，則

隨機一致性指標RI查表2-3可得。

表2 -3 隨機一致性指標 （RI）數(shù)值表Tab.2-3 Numerical table of stochastic consistency index（RI）

因此，A-B、B1-C、B2-C、B3-C、B4-C、B5-C判斷矩陣層次單排序均通過一致性檢驗（0≤CR＜0.1），具有滿意一致性。

層次總排序一致性比率CR按下式計算：

層次總排序通過一致性檢驗。

總排序權(quán)值ci按下式計算：

從而得出方案層對目標層的總排序權(quán)值：

因方案一c2＞基準方案c1＞方案二c3＞方案二c4，故應(yīng)首選方案一，基準方案次之，方案二再次之。沒有余熱利用時，僅對方案c1、c3、c4進行比選，應(yīng)選基準方案。

3 討論

結(jié)合本文實例，針對DLT 5035-2016：《發(fā)電廠供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》第10.2.3條“發(fā)電廠人工冷源選擇應(yīng)符合下列原則：”，第1節(jié)“當鍋爐煙氣或其他廢熱溫度較高，且經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證合理時，宜采用溴化鋰吸收式冷水機組供冷；”，目前中、高溫余熱利用技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已比較成熟，為降低機組熱耗和發(fā)電標煤耗，這些廢熱往往應(yīng)用于鍋爐給水回熱系統(tǒng)、空預(yù)器、暖風器、性能加熱器、供熱首站等系統(tǒng)或設(shè)備中，故這一條文在設(shè)計工作中無實操性；其也不如電動壓縮式冷水機組可靠，在全部主機停運時，會無“熱”可用。

第2節(jié) “當汽輪機較低級抽汽汽源有可靠保證時，宜采用溴化鋰吸收式制冷機組供冷；”，從前述對比分析中看出，相比水冷螺桿式冷水機組，蒸汽型雙效溴化鋰吸收式冷水機組在經(jīng)濟性、綜合性能上均不占優(yōu)勢。此條內(nèi)容值得認真商榷。

雖中、低溫余熱利用技術(shù)投資回收期較長，但其節(jié)能潛力較大，只要找到適合的應(yīng)用場合，通過改進現(xiàn)有工藝系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計方案，提升設(shè)備功能（如本文中的單雙效機組），對熱能進行轉(zhuǎn)化及升溫、梯級利用、一熱多用等，還是會有較好的經(jīng)濟效益，如本文實例。

從優(yōu)化設(shè)計及科學決策角度，故宜對第10.2.3條進行細化。

4 結(jié)束語

對于擁有豐富余熱資源的企業(yè)，可將余熱資源利用和用冷需求作為一個整體來考慮，以便從整體上得出對電廠最優(yōu)化的設(shè)計方案。單雙效機組對低品位余熱資源的利用更高效，能提高汽輪發(fā)電機組的熱經(jīng)濟性和絕對內(nèi)效率，建議有熱網(wǎng)凝結(jié)水回收要求的熱電廠，冷水機組宜按單雙效機組選型。