热电联产汽轮机背景

在当代技术水平下，热电联产是燃料最经济的利用方式之一。它是能源“梯级利用”的一种方式，基本做到了“能质匹配”，符合按质利用热能的原则，能有效提高电厂的能源转换效率和经济效益。

背压式背压式汽轮机将高于大气压的排汽用于供热的一种汽轮机，它无凝汽流量，也就无冷源损失，因而可 获得很高的经济性。其热能利用率可达80%左右。背压式汽轮机的排汽参数和供热量是根据热用户的需要确定的，因而进汽量只随热负荷变化。因此，背压式汽 轮机发出的电功率决定于热负荷的大小，不能满足热、 电负荷的各自需要。背压式汽轮机适用于热负荷稳定 的场合。

抽汽凝气式汽轮机从汽轮机中间某级后抽出部分具有一定压力和温度的蒸汽供给热用户，其余蒸汽在以后的级中继续膨胀做功，最终排入凝汽器。一般可分为可调节的单抽汽和双抽汽两种，其调节抽汽机构主要由调节阀或旋转隔板来实现(见抽汽调节)。由于一部分蒸汽用作供热，因而汽轮机发出的功率和进入凝汽器的流量是随着抽汽量的大小而变的，所以热电比也随汽轮机的工况变化而变化。当调节抽汽量很大 时，排人凝汽器的流量很小，这时汽轮机的工作就接近于背压式汽轮机。相反，当调节抽汽量为零时，汽轮机的工作就与纯凝汽式汽轮机一样。 2100433B

特点是热、电负荷适应性好，但在无热负荷或热负荷很小时，机组的经济性下降。这种机组的造价较高，适用于热负荷变化频繁的场合， 最大输出功率随热负荷变化。机组按选定的额定电功率运行时与常规的凝汽式汽轮机一样设计，在无热负荷时，机组发出的电功率最大，在有热负荷时，在小范围内热、电负荷可分别调整，随着热负荷增大，机组输出电功率下降，当热负荷达到最大时，机组输出电功率最小。

CHP是热电联产技术的简称。

中文名

热电联产技术

外文名

CHP

CHP全称combined heat and power

技术概况

电厂锅炉产生的蒸汽驱动汽轮发电机组发电以后，排出的蒸汽仍含有大部分热量被冷却水带走，因而火电厂的热效率只有30－40%。如果蒸汽驱动汽轮机的过程或之后的抽汽或排汽的热量能加以利用，可以既发电又供热。这种生产方式称为热电联产。这个过程既有电能生产又有热能生产，是一种热、电同时生产、高效的能源利用形式。其热效率可达80－90%，能源利用效率比单纯发电约提高一倍以上。它将不同品位的热能分级利用(即高品位的热能用于发电，低品位的热能用于集中供热)，提高了能源的利用效率，减少了环境污染，具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。

技术特点

热电联产的技术有多种，其中供热机组的类型有背压、抽汽背压、单抽汽、双抽汽、凝汽机打孔抽汽、凝汽机低真空运行循环水供热等。另外还有如热、电、冷联产，以热电厂为热源，采用溴化锂吸收式制冷技术提供冷水进行空调制冷，可以节省电制冷的空调用电量。热、电、气联产，则是以循环流化床分离出来的800－900°C热灰作为干馏炉中的热源，干馏新煤中挥发份生产煤气，正在进行的有35t/h循环流化床锅炉联产煤气的示范项目。

热电联产有多种应用类型，其中包括：

(1)大型热电厂

(2)区域性热电厂，一个热电厂向几十户以上的企业供热。

(3)企业建设的自备热电厂，为本企业或同时向周围其他企业供热。

(4)多功能热电厂，即热电厂供热、供电、供煤气、供冷的同时，还利用炉渣生产建筑材料和化肥，用循环水的余热养鱼、养鳖等，进一步提高热电厂的综合经济效益，让热电厂变得更清洁。

技术的利用现状和市场潜力

热电联产热效率高达70%以上，而一般单机容量200MW以上的冷凝电厂的热效率仅为35－40%；200MW凝汽机组的发电煤耗为350gce/kWh，而容量相同的供热机组的发电煤耗一般均在300gce/kWh以下，供电煤耗约低60gce/kWh；热电联产由于采用了容量较大、参数较高的锅炉，因此热效率较高，锅炉热效率可达85－90%(一般工业小锅炉热效率只有50－60%)，供热煤耗低13－22kgce/106kJ。

由于热电联产选用容量较大的锅炉，锅炉热效率可达到85%以上。据环保部门测算，节约一吨标准煤可减少排放CO2440kg、SO220kg、烟尘15kg、灰渣260kg。同样的发电量，热电厂CO2排放量只有常规电厂的50%。热电联产可节省大量燃料，除尘效果好，能高空排放，有效地改善了环境质量。

中国热电装机总容量为2494万千瓦，仅占火电装机总容量的12.24%。而欧洲特别是部分北欧国家的热电装机超过了总装机容量的30~40%。与之相比中国的热电联产还有较大的发展空间。集中供热取代分散的低效锅炉，具有良好的节能和环保效果。但是，中国集中供热面积仅为9.68亿平方米(其中热电联产供热面积为5.9亿平方米)，热化率仅为12.24%。特别是采暖期3000～4000小时的北方城市还有近16亿平方米的供热面积仍依靠小锅炉。因此，在三北地区中等以上工业城市需要建设100～200兆瓦规模的抽汽发电机组的热电厂供应800万平米以上的大热网；而大量中小城市需要建设中小型热电厂供应100～200万平米的热网。若以三北地区热化率从29.8%提高到50%来计算，将有10亿M2的供热市场，若选择热电厂供热，热电装机可达22000MW。三北地区现每年新增住宅面积约2亿M2，若60%采用热电联产供热，每年新增热电机组容量2600MW。中国长江流域及以南地区工业开发区的热电联产市场每年约500～1000MW以上。

倘若各界限指标，例如热级别，冷凝温度和热负荷曲线都符合各自的标准，那么废热发电技术在总效率方面{（发电量 所用热量）/燃料用量}，可以达到90%或以上。下表显示了一系列CHP技术及其特点：

从表中可看出CHP技术并没有好坏之分，所有技术在燃料，规模和热级别上都只包含其中的某一方面。在环境效益方面的一项主要区别就是热电比。这一指标描述了一个发电厂所能生产的热输出量与其电量的比率。下表列出，三种应用不同技术的CHP工厂的输出量。假设每个工厂的燃料输入都是100MW。2100433B

锅炉加供热汽轮机由于煤燃烧形成的高温烟气不能直接做功，需要经锅炉将热量传给蒸汽，由高温高压蒸汽带动汽轮发电机组发电，做功后的低品位的汽轮机抽汽或背压排汽用于供热。锅炉加供热机热电联产系统适应于以煤为燃料。这也是我国的热电联产系统普遍采用的形式。这种系统的技术已非常成熟，主要设备也早已国产化。由于这种系统占地大，负荷调节能力差，发电效率低，一般在煤改气的热电联产中得以应用，新建燃气热电联产系统很少采用这种形式。 燃气轮机热电联产系统分为单循环和联合循环两种形式。单循环的工作原理是：空气经压气机与燃气在燃烧室燃烧后温度达1000℃以上、压力在1－1.6MPa的范围内而进入燃气轮机推动叶轮，将燃料的热能转变为机械能，并拖动发电机发电。从燃气轮机排出的烟气温度一般为450℃～600℃，通过余热锅炉将热量回收用于供热。大型的燃气轮机效率可达30%以上，当机组负荷低于50%时，热效率下降显著。考虑到热和电两种输出的总效率一般能够保持在80%以上。燃气轮机组启停调节灵活，因而对于变动幅度较大的负荷较适应。工业燃气轮机的生产基本上来自西方国家，如GE、ALSTOM、SIEMENS、SOLAR、ABB等。 上述单循环中余热锅炉可以产生的参数很高的蒸汽，如果增设供热汽轮机，使余热锅炉产生的较高参数的蒸汽在供热汽轮机中继续做功发电，其抽汽或背压排汽用于供热，可以形成燃气－蒸汽联合循环系统。这种系统的发电效率进一步得到提高，可达到50%以上。 内燃机热电联产系统当规模较小时，它的发电效率明显比燃气轮机高，一般在30%以上，因而在一些小型的燃气热电联产系统中往往采用这种内燃机形式。但是，由于内燃机的润滑油和气缸冷却放出的热量温度较低（一般不超过90℃），而且该热量份额很大，几乎与烟气回收的热量相当，因而这种采暖形式在供热温度要求高的情况下受到了限制。内燃机的生产厂家有总部这在瑞士的WARTSILA NSD公司、德国的MANB&W公司以及美国的CATERPILLAR公司等。 燃料电池它是把氢和氧反应生成水放出的化学能转换成电能的装置。其基本原理相当于电解反应的逆向反应。燃料（H2和CO等）及氧化剂（O2）在电池的阴极和阳极上借助氧化剂作用，电离成离子，由于离子能通过在二电极中间的电介质在电极间迁移，在阴电极、阳电极间形成电压。在电极同外部负载构成回路时就可向外供电。燃料电池种类不少，根据使用的电解质不同，主要有磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐型燃料电池（MCFC）、固体氧气物燃料电池（SOFC）和质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。 燃料电池具有无污染、高效率、适用广、无噪声和能连续运转等优点。它的发电效率可达40%以上，热电联产的效率也达到80%以上。多数燃料电池正处于开发研制中，虽然磷酸燃料电池（PAFC）等技术成熟并已经推向市场，但仍较昂贵。鉴于燃料电池的独到优点，随着该项技术商业化进程的推进，必将在未来燃气采暖行业起到越来越重要的作用。从事燃料电池研究和开发的单位主要有美国的国际燃料电池、联信、Plug Power、Analytic Power、Onsi和西屋等公司，加拿大Ballard公司，日本的三菱、松下、三洋、东芝、宣士电机和富士电机等公司，德国MTU公司和西门子公司等。我国也有大连化物所等多家单位从事燃料电池的研究。 与热电联产技术有关的选择主要有蒸汽轮机驱动的外燃烧式方案和燃气轮机驱动的内燃烧式方案。此外，现代科学技术的发展，特别是微型燃气轮机、燃气外燃机和燃料电池以及其他新能源技术的发展，也赋予了冷热电联产新的内涵。

发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机作过功的蒸汽对用户供热的生产方式，称为热电联产机组。

发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机作过功的蒸汽对用户供热的生产方式，是指同时生产电、热能的工艺过程，较之分别生产电、热能方式节约燃料。以热电联产方式运行的火电厂称为热电厂，同样该机组称为热电联产机组。

热电联产机组和高耗能、高污染的小机组是有区别的。国家实施关掉高污染、高耗能的小机组，热电联产项目在日常居民生活当中有很大作用。所以，对待热电联产机组和高耗能、高污染的小机组是有区别的。 2100433B