热电冷煤气等多联供系统的实现
日期：2008-9-5 0:14:50 来源：中国自动化网
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摘 要：在热电冷联产系统的基础上，提出了集发电、供热、供冷、产生煤气、水泥于一体的能源综合利用系统。该系统利用循环流化床锅炉提高锅炉的热效率，以溴化锂吸收式制冷机实现集中供冷，从而使系统更具经济性。
关键词：多联供系统；循环流化床锅炉；溴化锂吸收式制冷机；煤气
从热电联产发展到热电冷联产系统是对能源利用率的一次提高。考虑到我国的能源结构以及用电紧张的现实，为了更充分的利用有限的能源，本课题在热电冷联产系统的基础上，提出了集发电、供热、供冷、制煤气等于一体的能源综合利用系统。
1 热电冷联产系统及效率关系
从能源利用角度看，消耗大量的电能来制冷是不可取的。因此，很多国内外专家学者进行了大量的研究工作，从采暖期分散的小锅炉供暖发展到大型锅炉和热电厂集中供暖。在这个过程中，能源利用率得到很大提高，热电联产的综合热效率高达60%～75%。而对于热电分产，供热小锅炉的热效率为50%～60%，纯凝发电热效率为30%，其综合热效率只有40%左右。热电联产比热电分产的能源利用率高出很多，节能效益十分显著，同时还减轻了大气污染。
深入研究发现：在夏季，热量需求的减少使热电厂大量设备闲置，同时对制冷量的需求的增加使空调电负荷逐年增加，造成夏季电力缺口巨大。对这些因素综合考虑并有机结合，实现了热、电、冷三联供。其特点是：冬季，锅炉产生的高品位蒸汽先在汽轮机中做功生产电能，做过功的较低品位乏汽供给用户；夏季，通过溴化锂吸收式制冷机，能够利用低品位热源制冷的优点，利用已有的管网向用户提供制冷量。既充分利用了现有设备，节省了燃料费用和设备投资，又节约了电能，对背压式汽轮机还增加了发电量，提高了电厂运行效率。
研究发现：锅炉效率关系着供热发电制冷三种能量的生产状况，是影响整个系统的主要因素，因此，在这类热电厂中，采用循环流化床(CFB)锅炉，可进一步提高经济和机动性。将循环流化床锅炉和干馏煤气发生炉紧密结合，实现发电、供热和产生煤气，引进溴化锂吸收式制冷机利用做过功的乏汽进行集中供冷，则系统使煤炭能更充分的转化利用，实现产品的多元化。
2 多联供系统
2.1 系统设计及工作原理
多联供系统设计如图1所示。
图1 多联供系统基本工艺流程
系统主要由循环流化床锅炉、干馏气化炉、煤气净化装置、汽轮机、溴化锂吸收式制冷机等组成。
考虑到不同负荷的影响，流化床锅炉和干馏气化炉设计给煤口，原煤破碎后经给料口进入循环流化床燃烧室，和床料一起燃烧产生热量，加热从干馏气化炉 过来的低温循环物料，变成高温循环物料再送至气化炉；在干馏气化炉中，水蒸气和再循环煤气作气化剂，煤经给料机给入气化室，受热裂解析出高热值挥发份，反应生成水煤气；汽化吸热由燃烧室的高温循环物料提供，汽化后的半焦随低温循环物料送入循环流化床燃烧室燃尽。从气化炉出来的高温煤气经冷却净化装置变成净煤气输出供用户使用；由循环流化床各级受热面煤气冷却器产生的蒸汽，除少量供气化炉外，都用于汽轮机发电，发电后的乏汽用来供热。
在夏季，使用溴化锂吸收式制冷机做集中式空调的冷源实现集中供冷，不仅利用了做过功的余热承担了夏季的热负荷，还节约了电能。从燃烧室炉膛出来的高温烟气经各级受热面冷却，除尘后排入大气。循环流化床锅炉的灰渣用于生产水泥等建筑材料。这样就实现了发电、供热、供冷、产生煤气以及水泥等联产系统，实现了能源的综合有效利用。
以循环流化床锅炉和溴化锂吸收式制冷机为核心的生产热、电、冷、煤气、水泥等的多联供系统是对能源的综合高效利用技术，是使能源充分利用的一次有益的尝试。
2.2 循环流化床锅炉的应用
流化床锅炉是固体颗粒在流体作用下呈现出流态化运动状态，并在流态化过程中进行燃烧。固体颗粒在流态化状态下，有大量的颗粒被携带出床层、炉膛，为稳定操作，用分离器把这些颗粒从气流中分离出来，然后再返回床层，这样就形成了循环流化床。燃煤循环流化床锅炉是从鼓泡床沸腾炉发展而来的一种新型燃煤锅炉技术。
循环流化床锅炉的工作过程是：将煤首先加工成一定粒度范围（0～8mm）的宽筛分煤，然后用给料机经给煤口送入炉膛，同时在炉膛内加入大量床料(如脱硫剂、灰渣或砂)，由炉膛下部配风，使燃料在床料中呈“流态化”燃烧，被吹出炉膛的大部分细颗粒由气固分离器分离后经返料器再次送回炉膛参与燃烧。
循环流化床锅炉主要有如下优点：
（1）低温燃烧，低NOX排放，高效脱硫。
（2）燃料适应性广。循环流化床锅炉可燃用多种煤，包括常规燃煤锅炉中难以燃烧的劣质煤，如高灰煤、高硫煤、高水分煤、石油焦、煤矸石、煤泥、树皮、垃圾等，这对处理城市垃圾和综合利用能源具有显著的经济效益和社会效益。
（3）负荷适应性好，操作方便。循环流化床锅炉负荷调节范围较宽，一般在30%～100%负荷范围内稳定运行，而不需要助燃燃料，因此循环流化床锅炉机组可满足热、电负荷调峰的需要。
（4）燃烧效率高。循环流化床锅炉是燃料随着床料在炉内多次循环中实现的，所以燃料的化学不完全燃烧和机械不完全燃烧几乎可达到零的水平；在燃烧优质燃料时，燃烧效率可达98%左右，同时灰渣中的热量也能得到充分回收。
（5）综合经济效益好。循环流化床锅炉低温燃烧产生的灰渣活性较好，尤其是燃用煤矸石、油页岩等燃料，灰渣可被用作水泥的掺料和轻质建筑材料。根据国家煤炭部信息，今后3～5年时间内在全国150多个煤矿将推广应用循环流化床锅炉。
2.3 溴化锂吸收式制冷机的应用
溴化锂吸收式制冷机以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂，利用水在高真空下蒸发吸热来制取0℃以上的空调用冷水。为使制冷过程持续不断进行，蒸发后的水蒸气被溴化锂浓溶液吸收，溶液变稀，这一过程在吸收器中进行，然后利用热源加热稀溶液产生水蒸气，而溶液变浓，这一过程在发生器中进行；发生器中得到的蒸汽在冷凝器中凝结成水经截流后再送至蒸发器中蒸发。该过程循环往复达到制冷的目的。
单效溴化锂吸收式制冷机一般采用0.10～0.25MPa的蒸汽或75～140℃的热水作为加热热源，循环的热力系数较低（一般为0.65～0.75）。如果有压力较高的蒸汽（例如表压力在0.4MPa以上）可以利用，则可采用双效溴化锂吸收式制冷循环，热力系数可提高到1.0以上。
双效溴化锂吸收式制冷机在机组中同时装有高压发生器和低压发生器。在高压发生器中采用压力较高的蒸汽（一般为0.7～1.0MPa）或燃气、燃油等高温热源加热，所产生的高温水蒸气用于加热低压发生器，使低压发生器中的溴化锂溶液产生温度更低的水蒸气，这样不仅有效地利用了水蒸气的潜热，而且可以减少冷凝器的热负荷，极大地提高机组的经济性。
溴化锂吸收式制冷机的主要优点：以低品位蒸汽或热水做热源，节约能源；耗电量仅为同容量压缩式制冷机耗电量的4%左右，节约电能；无碳氟氯类氟利昂工质对大气臭氧层的破坏；转动部件少，操作简单，维护方便。
3 应用范围及前景
（1）基挥发份在20%以上的各种煤都适合这种煤气化工艺。
（2）循环流化床锅炉灰渣的主要化学成分是SiO2、Al2O3和CaO等，可用作粘土质原料，提供硅铝成分，并有较高的火性，因此，灰渣是建材生产的一种重要原料。由于我国有丰富的劣质煤炭资源（如煤矸石的产量已达原煤产量的30%），煤矸石、油页岩等劣质燃料应用于循环流化床锅炉的燃烧，会产生相当数量的灰渣（对煤矸石等劣质煤，底渣量可达60%～80%）。例如，某厂一台75t/h的流化床锅炉燃用低位发热值为4572kJ/kg的石煤，每小时排出的灰渣量约14t。因此在我国综合利用灰渣具有重要的现实意义。
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关键词：多联供系统；循环流化床锅炉；溴化锂吸收式制冷机；煤气
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从热电联产发展到热电冷联产系统是对能源利用率的一次提高。考虑到我国的能源结构以及用电紧张的现实，为了更充分的利用有限的能源，本课题在热电冷联产系统的基础上，提出了集发电、供热、供冷、制煤气等于一体的能源综合利用系统。
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1 热电冷联产系统及效率关系
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从能源利用角度看，消耗大量的电能来制冷是不可取的。因此，很多国内外专家学者进行了大量的研究工作，从采暖期分散的小锅炉供暖发展到大型锅炉和热电厂集中供暖。在这个过程中，能源利用率得到很大提高，热电联产的综合热效率高达60%～75%。而对于热电分产，供热小锅炉的热效率为50%～60%，纯凝发电热效率为30%，其综合热效率只有40%左右。热电联产比热电分产的能源利用率高出很多，节能效益十分显著，同时还减轻了大气污染。
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深入研究发现：在夏季，热量需求的减少使热电厂大量设备闲置，同时对制冷量的需求的增加使空调电负荷逐年增加，造成夏季电力缺口巨大。对这些因素综合考虑并有机结合，实现了热、电、冷三联供。其特点是：冬季，锅炉产生的高品位蒸汽先在汽轮机中做功生产电能，做过功的较低品位乏汽供给用户；夏季，通过溴化锂吸收式制冷机，能够利用低品位热源制冷的优点，利用已有的管网向用户提供制冷量。既充分利用了现有设备，节省了燃料费用和设备投资，又节约了电能，对背压式汽轮机还增加了发电量，提高了电厂运行效率。
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研究发现：锅炉效率关系着供热发电制冷三种能量的生产状况，是影响整个系统的主要因素，因此，在这类热电厂中，采用循环流化床(CFB)锅炉，可进一步提高经济和机动性。将循环流化床锅炉和干馏煤气发生炉紧密结合，实现发电、供热和产生煤气，引进溴化锂吸收式制冷机利用做过功的乏汽进行集中供冷，则系统使煤炭能更充分的转化利用，实现产品的多元化。
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2 多联供系统
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2.1 系统设计及工作原理
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多联供系统设计如图1所示。
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图1 多联供系统基本工艺流程
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系统主要由循环流化床锅炉、干馏气化炉、煤气净化装置、汽轮机、溴化锂吸收式制冷机等组成。
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考虑到不同负荷的影响，流化床锅炉和干馏气化炉设计给煤口，原煤破碎后经给料口进入循环流化床燃烧室，和床料一起燃烧产生热量，加热从干馏气化炉 过来的低温循环物料，变成高温循环物料再送至气化炉；在干馏气化炉中，水蒸气和再循环煤气作气化剂，煤经给料机给入气化室，受热裂解析出高热值挥发份，反应生成水煤气；汽化吸热由燃烧室的高温循环物料提供，汽化后的半焦随低温循环物料送入循环流化床燃烧室燃尽。从气化炉出来的高温煤气经冷却净化装置变成净煤气输出供用户使用；由循环流化床各级受热面煤气冷却器产生的蒸汽，除少量供气化炉外，都用于汽轮机发电，发电后的乏汽用来供热。
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在夏季，使用溴化锂吸收式制冷机做集中式空调的冷源实现集中供冷，不仅利用了做过功的余热承担了夏季的热负荷，还节约了电能。从燃烧室炉膛出来的高温烟气经各级受热面冷却，除尘后排入大气。循环流化床锅炉的灰渣用于生产水泥等建筑材料。这样就实现了发电、供热、供冷、产生煤气以及水泥等联产系统，实现了能源的综合有效利用。
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以循环流化床锅炉和溴化锂吸收式制冷机为核心的生产热、电、冷、煤气、水泥等的多联供系统是对能源的综合高效利用技术，是使能源充分利用的一次有益的尝试。
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2.2 循环流化床锅炉的应用
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流化床锅炉是固体颗粒在流体作用下呈现出流态化运动状态，并在流态化过程中进行燃烧。固体颗粒在流态化状态下，有大量的颗粒被携带出床层、炉膛，为稳定操作，用分离器把这些颗粒从气流中分离出来，然后再返回床层，这样就形成了循环流化床。燃煤循环流化床锅炉是从鼓泡床沸腾炉发展而来的一种新型燃煤锅炉技术。
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循环流化床锅炉的工作过程是：将煤首先加工成一定粒度范围（0～8mm）的宽筛分煤，然后用给料机经给煤口送入炉膛，同时在炉膛内加入大量床料(如脱硫剂、灰渣或砂)，由炉膛下部配风，使燃料在床料中呈“流态化”燃烧，被吹出炉膛的大部分细颗粒由气固分离器分离后经返料器再次送回炉膛参与燃烧。
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循环流化床锅炉主要有如下优点：
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（1）低温燃烧，低NOX排放，高效脱硫。
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（2）燃料适应性广。循环流化床锅炉可燃用多种煤，包括常规燃煤锅炉中难以燃烧的劣质煤，如高灰煤、高硫煤、高水分煤、石油焦、煤矸石、煤泥、树皮、垃圾等，这对处理城市垃圾和综合利用能源具有显著的经济效益和社会效益。
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（3）负荷适应性好，操作方便。循环流化床锅炉负荷调节范围较宽，一般在30%～100%负荷范围内稳定运行，而不需要助燃燃料，因此循环流化床锅炉机组可满足热、电负荷调峰的需要。
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（4）燃烧效率高。循环流化床锅炉是燃料随着床料在炉内多次循环中实现的，所以燃料的化学不完全燃烧和机械不完全燃烧几乎可达到零的水平；在燃烧优质燃料时，燃烧效率可达98%左右，同时灰渣中的热量也能得到充分回收。
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（5）综合经济效益好。循环流化床锅炉低温燃烧产生的灰渣活性较好，尤其是燃用煤矸石、油页岩等燃料，灰渣可被用作水泥的掺料和轻质建筑材料。根据国家煤炭部信息，今后3～5年时间内在全国150多个煤矿将推广应用循环流化床锅炉。
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2.3 溴化锂吸收式制冷机的应用
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溴化锂吸收式制冷机以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂，利用水在高真空下蒸发吸热来制取0℃以上的空调用冷水。为使制冷过程持续不断进行，蒸发后的水蒸气被溴化锂浓溶液吸收，溶液变稀，这一过程在吸收器中进行，然后利用热源加热稀溶液产生水蒸气，而溶液变浓，这一过程在发生器中进行；发生器中得到的蒸汽在冷凝器中凝结成水经截流后再送至蒸发器中蒸发。该过程循环往复达到制冷的目的。
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单效溴化锂吸收式制冷机一般采用0.10～0.25MPa的蒸汽或75～140℃的热水作为加热热源，循环的热力系数较低（一般为0.65～0.75）。如果有压力较高的蒸汽（例如表压力在0.4MPa以上）可以利用，则可采用双效溴化锂吸收式制冷循环，热力系数可提高到1.0以上。
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双效溴化锂吸收式制冷机在机组中同时装有高压发生器和低压发生器。在高压发生器中采用压力较高的蒸汽（一般为0.7～1.0MPa）或燃气、燃油等高温热源加热，所产生的高温水蒸气用于加热低压发生器，使低压发生器中的溴化锂溶液产生温度更低的水蒸气，这样不仅有效地利用了水蒸气的潜热，而且可以减少冷凝器的热负荷，极大地提高机组的经济性。
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溴化锂吸收式制冷机的主要优点：以低品位蒸汽或热水做热源，节约能源；耗电量仅为同容量压缩式制冷机耗电量的4%左右，节约电能；无碳氟氯类氟利昂工质对大气臭氧层的破坏；转动部件少，操作简单，维护方便。
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（2）循环流化床锅炉灰渣的主要化学成分是SiO2、Al2O3和CaO等，可用作粘土质原料，提供硅铝成分，并有较高的火性，因此，灰渣是建材生产的一种重要原料。由于我国有丰富的劣质煤炭资源（如煤矸石的产量已达原煤产量的30%），煤矸石、油页岩等劣质燃料应用于循环流化床锅炉的燃烧，会产生相当数量的灰渣（对煤矸石等劣质煤，底渣量可达60%～80%）。例如，某厂一台75t/h的流化床锅炉燃用低位发热值为4572kJ/kg的石煤，每小时排出的灰渣量约14t。因此在我国综合利用灰渣具有重要的现实意义。
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