热电联产技术(中文)

关于热电联产技术

1．热电联产技术

热电联产（CHP）技术是生产电能或机械动能，同时对余热进行回收再利用。在美国，传统的能源集中管理系统生产电能的效率平均不到33%，而热电联产系统可以使能源利用效率超过90%，并且还能大幅度削减每千瓦时污染物的排放量。在加利福尼亚州，热电联产系统能够节省工业和商业用户的生产成本，且减少本地污染物的排放量。本报告描述了热电联产的最新技术及其工作效率、规模、安装和维护成本、燃料及其排放特性。

这些技术在本报告中包括：汽轮机和微型汽轮机等。更多热电联产技术资料在发电和热电联产现场能够获得，很多诸如保证民用电力并网费用，环境法规和技术成本等问题都影响了这些技术的广泛接受。为了在降低生产成本和排放量的同时提高工作效率，许多技术正在逐步完善。市场环境随着公共事业结构和消费者选择的扩大发生着急剧的变化，正是由于这些变化，热电联产在市场竞争中被广泛接受。

选择一个成熟的热电联产技术取决于许多因素，包括周期电力需求量、空间大小的限制、热量的需求、排放法规、燃料的供应、公共事业费用和并网问题。热电联产的范围相当广泛，容量范围从25kw的微型汽轮机到250kw的大型燃气轮机，估计每千瓦时的安装成本为500美元~1000美元。

2. 蒸汽轮机

汽轮机作为最常见、最原始的动力设备之一，被用来驱动发电机和机械设备。美国和欧洲的特殊设计使汽轮机在热电联产应用中最大限度的利用了蒸汽。

在美国，传统的热力发电厂满足了大多数的电能需求，汽轮机的容量从小型电厂到超过1300kw的大型民用电厂不等。

汽轮机是被独立热源所控制的，不可能直接从燃料转换成电能，汽轮机需要在锅炉或废热回收扩容器中生成一个高压蒸汽源。锅炉燃料包括化石燃料，如：煤、石油、天然气；或可再生燃料，如：木材或垃圾。

汽轮机应具有一系列复杂性的设计，用于适应预期的应用和（或）性能规格。由于经济因素，在公共事业中关键是最大限度地提高电厂效率。应用于公共事业中的汽轮机有很多特点，如：工作压力，汽缸型式等。由于复杂程度和成本的影

响，在工业应用中汽轮机一般是单元制设计。因此热电联产能适应于公共事业和工业汽轮机两种设计要求。

2.1 技术描述

汽轮机的热力循环是一个朗肯循环。此循环是以常规发电厂为基础，且由一个能把水转换成高温高压蒸汽的热源（锅炉）组成。蒸汽流过汽轮机生产电能，流出汽轮机时被凝结成水并返回锅炉重复这一过程。

汽轮机是一系列固定的叶片（以下简称喷嘴）和一系列安装在邻近套管上的动叶片（称为动也栅或转子叶片）组成，两套叶片一起工作使蒸汽带动汽轮机的轴和相接的负载，汽轮机把穿过叶片的压能转换成动能。

凝汽式汽轮机是被用于集中发电的主要汽轮机型式。为了最大限度的利用热量使汽轮机产生有用功，汽轮机的排气接近于大气压力。

应用于热电联产的汽轮机可分为以下两大类：

非凝汽式汽轮机（也称背压式汽轮机）适当的排气压力是作为低端蒸汽的一个必要条件。也就是说汽轮机的排气压力在大气压力以上，具体的排气压力由热电联产的具体应用来确定。

抽汽式汽轮机是在汽缸上获得蒸汽用于加热给水的过程，抽汽压力是否会自动调节取决于汽轮机的设计。大量蒸汽流过汽轮机生产电能后排出的低端热能正好是热电联产所需求的。在民用型式的汽轮机中，不同压力下可能有多个抽汽点。

2.2 设计特点

普通的设计：汽轮机能够设计成和热电联产相匹配的压力和温度，而且还能够在最大限度的提高电效率的同时输出理想的热能。

高品质热量：蒸汽轮机能够在蒸汽压力为真空到超临界的范围内运行，并且能够提高热电联产所需要的蒸汽。

燃料的适应性：汽轮机可适应于多种燃料，包括：核能、煤、石油、天然气、木材和废物品。

2.3 工作特性

效率：现代大型凝汽式汽轮机发电厂效率可接近40~45%，然而，工业用的背压式汽轮机组的效率只能达到15~35%。

主要成本：锅炉/汽轮机的安装费用在800~1000美元/kw，并且很大程度上

取决于环境的要求。还要加上汽轮机到锅炉系统或联合循环电厂的成本大约要求在400~800美元/kw。

可利用率：汽轮机一般被认为有99%的可靠性，检修周期较长。这种高水平的可靠性仅使用于汽轮机并不包括热源（锅炉）。

维护保养：汽轮机的维修保养问题是从锅炉来的杂质堆积在汽轮机的喷嘴上，降低了输出功率。润滑油系统必须是干净的，正确的调节温度和水位来保持相应的工况。其它的工作包括检查辅助设备，如：润滑油泵、冷却器和滤油器。检查安全装置，如：检查超速保护装置。汽轮机维修费用通常低于0.004美元/kw。

2.4 热能回收利用

回收的废热来自于汽轮机的排汽或漏汽，汽轮机废热回收在某种情况下并不是合理。因为在锅炉的省煤器或空气预热器中废热是和热源联系在一起。

汽轮机能够被定为一种热回收装置，燃气轮机产生的余热在蒸汽轮机中生产电能的联合循环是热量回收的一种形式。

影响热量回收数量和质量的因素是进入蒸汽的做功和汽轮机的设计。从汽轮机排出的蒸汽可以直接应用于工业生产或采暖，也可转换成其它形式的热能，包括热水和制冷水。汽轮机排气或抽汽可用于具有单一或双效的溴化锂吸收式制冷机，汽轮机也可为离心式制冷机提供机械动力。

2.5 废汽排放

汽轮机的废汽排放量取决于蒸汽源。锅炉的很多种燃料都适用于蒸汽轮机，也适用于和燃气轮机的联合循环过程。锅炉的排放量取决于环境的条件，在南海岸空气质量管理区内，大型锅炉使用可控硅整流器来减少氮氧化物的排放量以达到排放标准。

2.6 具体应用

工业汽轮机和热电联产的应用

在工业应用中，汽轮机可以驱动发电机或其它设备，如：锅炉给水泵、疏水泵、空气压缩机和制冷机。汽轮机作为工业动力设备几乎都是单独运行的，无论是单级还是多级，凝汽式还是非凝汽式都取决于蒸汽的品质条件。汽轮机能够恒速驱动发电机或超速驱动制冷机。

对于非凝汽机的应用，从汽轮机排出的蒸汽压力和温度足够供热、采暖的应