集中供熱供冷技術(shù)發(fā)展研究

梁晶　王世朋　陳曈　朱良君

摘? 要：隨著時(shí)代進(jìn)步，人民群眾對(duì)工作和生活環(huán)境舒適性的要求不斷提高，集中供熱供冷裝置已成為現(xiàn)代建筑必備設(shè)施，集中供熱供冷技術(shù)的研究也越來越重要。文章綜述了目前不同類型集中供熱供冷技術(shù)的原理及各自特點(diǎn)，并重點(diǎn)介紹燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)、工業(yè)余熱供熱以及可再生能源供熱等技術(shù)。

關(guān)鍵詞：集中供熱供冷;熱電聯(lián)產(chǎn);可再生能源

中圖分類號(hào)：TU995? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）07-0160-02

Abstract： With the advancement of the times， the people's requirements for the comfort of working and living environments are constantly increasing. Central heating and cooling devices have become necessary facilities for modern buildings， and research on central heating and cooling technologies has become increasingly important. The principles and characteristics of different types of central heating and cooling technologies are summarized. This paper also focuses on technologies such as coal-fired combined heat and power （CHP）， gas-fired combined heat and power， industrial waste heat and renewable energy.

Keywords： central heating and cooling; combined heat and power （CHP）; renewable energy

1 概述

近年來，隨著工業(yè)化程度越來越深入，我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)取得了長足的進(jìn)步，其中熱力能源供應(yīng)對(duì)我國社會(huì)物質(zhì)文明建設(shè)的促進(jìn)作用不言而喻。集中供熱供冷技術(shù)的應(yīng)用，可以將各類建筑物的冷熱源加以耦合集成，實(shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)冷熱源優(yōu)化調(diào)度，為能源的高效、充分、合理利用提供了保證，同時(shí)在經(jīng)濟(jì)性方面也帶來可觀的收益[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)程的深入，工業(yè)體量的加大，城市人口的增多，集中供熱供冷的規(guī)模將越來越大，應(yīng)用也將更為廣泛?，F(xiàn)按照熱電聯(lián)產(chǎn)、工業(yè)余熱、可再生能源、其他清潔能源四類，對(duì)集中供熱供冷系統(tǒng)中采用的技術(shù)進(jìn)行如下綜述。

2 熱電聯(lián)產(chǎn)

2.1 燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)

燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組是指同一電廠既能生產(chǎn)電能，又能利用做過功的蒸汽對(duì)用戶供熱的生產(chǎn)方式，即電能、熱能生產(chǎn)合為一體的工藝過程[2]。傳統(tǒng)燃煤熱電機(jī)組就是通過對(duì)汽輪機(jī)組抽取做過功的中低品位蒸汽來對(duì)外進(jìn)行供熱，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)生產(chǎn)電能與熱能的目的，也稱為抽凝式熱電機(jī)組。抽凝式熱電機(jī)組可以將熱電機(jī)組效率提高至60%以上。除抽凝式熱電機(jī)組外，還可以利用高背壓供熱、吸收式熱泵、低壓光軸轉(zhuǎn)子和新型凝抽背供熱等節(jié)能供熱技術(shù)，來進(jìn)一步提高熱電機(jī)組的綜合效率，可以使得機(jī)組熱效率提高至80%以上。以上各類節(jié)能供熱技術(shù)，既可以單獨(dú)應(yīng)用，也可以集成于抽凝式熱電機(jī)組。

2.2 燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)

天然氣是具有較高品位熱能的一次能源，其燃燒溫度高，而通常采暖供熱所需的熱能均在200℃以下，天然氣的直接采暖利用帶來了一定的能量損失。從發(fā)電角度，燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組效率已經(jīng)較高，若能用于熱電聯(lián)產(chǎn)，便可有效避免天然氣單純發(fā)電或供熱造成的損失，顯著提高能源利用率和經(jīng)濟(jì)效益。

燃?xì)饴?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)的主體由燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組、余熱鍋爐及蒸汽輪發(fā)電機(jī)組成。燃?xì)廨啓C(jī)將發(fā)電后產(chǎn)生的排氣排入余熱鍋爐，余熱鍋爐回收燃機(jī)排氣熱量加熱給水，產(chǎn)生蒸汽，供至蒸汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，組成燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，大幅提高總體熱經(jīng)濟(jì)性[3]。燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室、燃?xì)馔钙饺齻€(gè)主要部件組成，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)工作時(shí)，壓氣機(jī)從外界大氣中吸入空氣，并將其壓縮至某一壓力，同時(shí)空氣溫度也相應(yīng)升高，而后將空氣送入燃燒室與噴入的燃料燃燒產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?，燃?xì)膺M(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)透平中膨脹做功，直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。做功后的廢氣排入余熱鍋爐，由余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽，用以推動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。與燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組相似，對(duì)外供熱的熱源采用抽汽凝汽式汽輪機(jī)的調(diào)整抽汽或背壓式汽輪機(jī)的背壓排汽。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)的排氣通過余熱鍋爐生產(chǎn)蒸汽，其熱化發(fā)電率較燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組高，全廠燃料利用效率也較燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組高，但熱電比偏低。

3 工業(yè)余熱供熱

工業(yè)過程中各種窯爐的熱效率都很低，其中窯爐、轉(zhuǎn)爐和焙燒爐等被高溫?zé)煔?、爐渣等帶走的熱量比例高達(dá)40～60%，即使化工、化肥、機(jī)械、玻璃、造紙等工業(yè)過程的余熱也占15%以上，因此科學(xué)高效地回收余熱降低能耗對(duì)我國實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。工業(yè)余熱回收在廢熱多的企業(yè)已進(jìn)行了部分回收利用，余熱回收可有效地節(jié)能減排，創(chuàng)造更大的環(huán)境效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。大部分企業(yè)余熱回收只是回收了高品位的廢熱，用于供暖、加熱水和工藝補(bǔ)熱等，其余的廢熱全部通過冷卻的形式或直接排放[4]。部分企業(yè)由于對(duì)余熱回收技術(shù)不太了解或者是不愿意投資去做余熱改造，導(dǎo)致很大一部分低品位熱能全部浪費(fèi)，而其它需熱的地方還要通過鍋爐來加熱。尤其在北方地區(qū)，對(duì)熱量需求很大，工業(yè)余熱供熱是最節(jié)能，最環(huán)保的一種供暖方式。通過熱泵、低溫有機(jī)朗肯循環(huán)、高效換熱器等方式可回收中低溫工業(yè)余熱。

4 可再生能源供熱

4.1 地?zé)崮芄?/p>

地?zé)峁┡俏覈責(zé)崂玫闹饕问?，中深層地?zé)崮芄┡切陆_展的應(yīng)用技術(shù)，通常是指采用人工鉆井的方式開采熱儲(chǔ)中的地?zé)崴?，通過供熱系統(tǒng)將地?zé)崴N(yùn)含的熱量傳輸?shù)接脩舳说囊环N供熱方式[5]。中深層地?zé)崮芄嶂饕m于地?zé)豳Y源條件良好、冬季寒冷有供熱需求或夏季炎熱有制冷需求的地區(qū)。主要技術(shù)類型有：直接供熱、間接供熱、調(diào)峰供熱、地?zé)嶂评涞?。其主要?yōu)勢(shì)為：可再生、分布廣泛、蘊(yùn)藏量豐富、安全性高、單位運(yùn)行成本低、低碳、環(huán)保、清潔、舒適。但也存在著一定劣勢(shì)：建設(shè)投資大、選址受地域條件限制?；毓嗬щy、棄水量大、影響地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用。

目前，中深層地?zé)崮芄釕?yīng)用技術(shù)已基本成熟，尤其是間接供熱和調(diào)峰供熱方式已進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用階段，從技術(shù)角度可推廣;地?zé)崮苤评浼夹g(shù)目前尚處于研發(fā)階段，技術(shù)成熟后可在有供冷需求地區(qū)進(jìn)行推廣應(yīng)用。中深層地?zé)崮芄岬慕?jīng)濟(jì)性風(fēng)險(xiǎn)在于一次性投資較大、投資回收期長，地?zé)嵛菜看蟆⒒毓嗪吞幚沓杀据^高，需要國家、地方政府給予一定資金支持。

4.2 風(fēng)光儲(chǔ)可再生能源供熱

風(fēng)-光-儲(chǔ)供熱技術(shù)一般分為兩種基本形式：一是將風(fēng)電、光伏發(fā)電調(diào)峰電量儲(chǔ)存于蓄電池組，根據(jù)用戶需求利用風(fēng)電、光伏發(fā)電及蓄電池組多能互補(bǔ)的形式驅(qū)動(dòng)電熱鍋爐，保證熱量平穩(wěn)輸出，并通過供熱管網(wǎng)將熱量輸送到用戶側(cè);二是利用風(fēng)電、光伏發(fā)電調(diào)峰電量驅(qū)動(dòng)電熱鍋爐，或者利用太陽能集熱器將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，通過熔鹽、水、固體蓄熱材料等介質(zhì)進(jìn)行熱能存儲(chǔ)，根據(jù)用戶需求通過供熱管網(wǎng)直接輸送到用戶側(cè)。

5 其他清潔能源供熱

5.1 空氣源熱泵

空氣源熱泵是利用空氣能作為低溫?zé)嵩?，電能作為?qū)動(dòng)能源。按照熱源與供熱介質(zhì)組合可劃分為空氣-空氣和空氣-水兩種。其中：空氣-空氣換熱空氣源熱泵相當(dāng)于戶用空調(diào)。空氣-水換熱空氣源熱泵系統(tǒng)適用于取暖面積較大的獨(dú)棟和小型、中型的區(qū)域集中供熱系統(tǒng)中?？諝庠礋岜萌∨到y(tǒng)包括熱泵機(jī)組、熱網(wǎng)、循環(huán)及補(bǔ)水系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)以及末端供暖裝置[6]。供暖末端設(shè)備可采用地板、風(fēng)機(jī)盤管或暖熱器供暖，具有靈活方便、運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較低、適應(yīng)地區(qū)范圍較廣等優(yōu)點(diǎn)。

5.2 土壤源熱泵

土壤源熱泵以土壤為低溫?zé)嵩矗娔茏鳛轵?qū)動(dòng)能源。土壤源熱泵取暖系統(tǒng)由室外管路系統(tǒng)、熱泵機(jī)組、室內(nèi)管路系統(tǒng)和末端散熱系統(tǒng)組成。室外管路系統(tǒng)由埋設(shè)于土壤中的聚乙烯塑料盤管構(gòu)成，該盤管實(shí)現(xiàn)土壤和熱泵工質(zhì)換熱，提取土壤中熱量[7]。具有溫度四季相對(duì)穩(wěn)定，適應(yīng)區(qū)域基本不受地域限制，利用土壤蓄熱特性可實(shí)現(xiàn)冬夏能量互補(bǔ)等優(yōu)點(diǎn)。

6 結(jié)束語

目前集中供熱供冷技術(shù)有很多形式，但又都有一定的局限和缺點(diǎn)，為了保障城市節(jié)能環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展，集中供熱供冷必須進(jìn)行技術(shù)革新和設(shè)備更新，降低熱供應(yīng)的能耗，提高供應(yīng)效率。隨著國家、社會(huì)對(duì)集中供熱供冷認(rèn)識(shí)越來越深入，環(huán)保意識(shí)與排放限制越來越嚴(yán)格，今后更先進(jìn)、全面的供能技術(shù)一定會(huì)不斷涌現(xiàn)。

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