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摘要:本文以水煤浆为主要材料,搭建热电联合生产平台,以此有效替代原有燃煤系统,分析其集中供热的有效性。以H单位运行的供暖系统为视角,借助有效能分析方法,从“热力”、“环境”两个方面,给出评价结果,从系统、设备两个视角,综合判断此系统的供暖能力。
关键词:水煤浆;有效能;环境
引言:国内供暖项目运行期间,会产生较多的能耗。近年来,以环保战略为出发点,积极探索节能工作,整体能耗控制效果不明显,燃煤供暖依然会构成环境威胁。在未来一段时间内,煤炭仍旧是供暖的主要材料。北方区域的集中供暖,是以燃煤锅炉为主要生产形式。如果改用热电联产形式,可减少部分能耗,具有一定低碳环保的工艺优势。
1系统需求分析
热电联产平台研发成功后,各界均开始研究其有效能。有效能分析方法,能够有效判断能源利用情况,分析能量损失量,识别具体发生能量损失的方位,以此作为提高能源效率的有效途径。在有效能分析期间,逐步建成了相应的评价体系。当前,有效能分析的相关研究内容,是以虚拟系统为基础,进行相应的仿真模拟分析,分析条件与实际生产存在较大差距。当前,温室效应形成了较为严峻的环境问题,环保型生产方案,逐步成为未来主流。在生产期间,牺牲一定量的经济效益,以此减少环境污染,具有技术转型的必要性。而热电联合生产的平台,表现出较强的环保优势,能够顺应环保型生产的需要。为此,采取客观方法,综合评价热电联合生产的能源利用情况,客观分析其环境污染表现,是环保生产发展的重要任务。而有效能分析方法,针对能耗分析情况,能够给出全面性、量化的分析结果,具有方法适用性。大规模集中供热平台运行时,会产生较高负荷,且需要较长的供暖时间,燃煤锅炉作为主要的生产方式。在此种生产条件的约束下,水煤浆具有一定清洁性,可减少环境污染,提高能源燃烧效率。为此,从实践生产视角,分析水煤浆用于热电联合生产平台的能源利用有效性,具有一定研究价值[1]。
2系统有效能分析
2.1系统概述
H市运行的热电联合生产平台,共设有区域热力网点6个,换热分站有102个,供暖服务区域达到752.21万m2,采取集中供热形式。此系统改造之前,是利用链条炉,燃料以无烟煤为首选,系统内并未添加汽轮发电程序,集中供暖项目具有单一性。系统程序进行了简化设计,在汽水换热程序输入锅炉蒸汽后,再由冷凝器进行循环处理,可进入锅炉[2]。
供暖时间是从秋季10月至次年3月,共有5个月,对供热量的需求较高,且管网规模较大,年内能耗量较多,会形成严重的环境问题。为此,使用热电联合生产的情况,引入水煤浆燃料,优化热源程序时,选择加抽凝式发电程序。此系统运行时,是以朗肯循环为基础,从中选出18个点位,编号是1至18,收集系统各点位的数据,进行状态分析。借助监测控制平台的数据反馈情况,选择标况,分析系统的用能有效性,并未考量热负荷变动时的工况问题。为简化分析流程,做出如下各类条件假设。一,管网保温能力较好,不计热损。二,系统内部的压力消耗量,忽略不计。三,简化系统组成,各处水泵假设仅有一台。
2.2水煤浆的有效能分析
有效能分析,是以能源系统为主体,从高效、低效两个层面,分析能源使用情况,以此改善低效设备,给出提升能耗效率的方案。有效能分析时,是以有效能环境为先决条件,作为整体分析程序的首个步骤,而有效能分析目的,是要测定出各状态位置的有效能参数。参照H单位给出的系统检测结果,相应获取水煤浆的有效能参数,计算方式如式(1):
(1)
(1)式中,表示水煤浆的有效能之比,kJ/kg;
L表示水煤浆低效生产状态释放的热量,kJ/kg;C、H、N、O、S分别对应于水煤浆生产期间,释放的气体元素质量占比,%;W是指水煤浆含水量的占比,%;y是指“收到基”的量。系统工质有效能之比e,计算方法如式(2):
(2)
(2)式中,M是指系统运行的比焓,kJ/kg;a是指系统运行的比熵,kJ/(kg·K);T是指系统运行的温度,K;0是指一般环境条件。分析第i位置系统运行情,需测定任意时段内的有效值,具体算法,如式(3):
(3)
(3)式中,第i点位置的有效能参数,kW;
表示第i点位置的质量流量,kg/s;
表示第i点位置的有效能之比,kJ/kg。系统内单组设备拥有多种有效能流,大致可划分出三类:燃料有效能、产品有效性、损失有效能。基于能量守恒思想,系统运行时的有效能守恒,如式(4):
(4)
(4)式中,F表示燃料,P表示产品,D表示损失,表示燃料有效能,
表示产品有效能,
表示能源损失的有效能,单位均为kW。系统运行的有效能效率ε,则等于产品有效能与燃料有效能之比[3]。
2.3有效能环境分析
在环境分析中,融合环境学内容,在各组供热设备运行的全时段内,合理分割环境学影响,由各股有效能流承担,逐步获取各股有效能流各个点位的环境学情况。环境影响的分析方法,是以设备的整体运行时间为参考,大致分为“前期生产”、“设备运维”、“设备拆除”三个环节。设备供热产生的环境干扰值,等同于三个环节干扰值之和。一般情况下,气体排放时,会对环境产生的干扰能力,如表1所示。
表 1 气体排放对环境产生的干扰能力(单位:mPts/kg)
废气 | CO2 | CH4 | N2O | NOx | SOx | CO |
环境干扰 | 5.45 | 114.62 | 1792.20 | 2749.36 | 1499.37 | 8.36 |
设备原材料的组成、性能、供热工序,均具有环境干扰能力。各类材料产生的环境干扰作用,如表2所示。
表 2 材料对环境产生的干扰能力(单位:mPts/s)
材料 | 钢 | 低合金钢 | 高合金钢 | 铸铁 | 铜 | 铝合金 |
环境干扰 | 86 | 110 | 910 | 240 | 1400 | 780 |
系统每年运行时间,参照改造首年的系统运行情况,确定参数。初次运行热电联合运行系统时,需要进行系统调试、设备试运行等工作,可能总体运行时间,未达到供暖要求的时间。为此,假设10~12月的92天内,热电联合系统运行时间为2000h,而热电联合生产系统的运行生命时间多为20~30年,取25年。
结论:综上所述,借助有效能分析方法,从水煤浆、气体排放、设备材料各方面,逐一进行系统有效能分析。分析发现:燃料、产品、能源损失,均是系统有效能的关键因素,需获取三个有效能参数,综合获取系统运行的能耗效率;气体排放、设备材料,均有一定环境干扰作用。为此,在热电联合生产平台运行时,可加强燃料、产品的生产,有效提升系统能源利用的有效性,加强气体排放控制,合理选择设备材料,减少环境问题。
参考文献:
[1]王全福,赵云鹏,倪珅.热水低温直供集中供暖系统输热能力提升技术分析[J].科学技术创新,2022(34):129-132.
[2]李征.基于热量控制法在集中供暖系统运行调节中的应用分析[J].区域供热,2021(03):29-36+77.
[3]杨振元,关艳翠.集中供暖换热站控制系统概述[J].电子制作,2020(18):21-22+27.