CN107609751A - 一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热电联产节能技术领域，具体涉及一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法，具体步骤包括建立热电联产机组及小容量工业锅炉的能耗成本曲线模型，确定热电联产机组替代台小容量工业锅炉是否节能的条件，若热电联产机组能耗成本小于替代的台小容量工业锅炉能耗成本，则表示电联产机组替代

Description

一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法
技术领域
本发明涉及热电联产节能技术领域，具体涉及一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法。
背景技术
小容量工业锅炉通常是燃煤锅炉，烟囱低，热效率低下，除尘效果差，有的小容量工业锅炉房甚至无正式的除尘设备，即使达标的燃煤锅炉也基本不具备脱硫脱硝。而热电联产机组的锅炉容量大，具备热效率高、烟囱高、除尘效率高、脱硫和脱硝效率高并能高空排放等特点，能有效地改善环境质量、节省燃料。热电联产机组集中供热替代分散、污染大、耗能大的小容量工业锅炉将成为未来的趋势。对于如何评价热电联产电厂是否节能，原国家计委国家经贸委国家环保总局和建设部发布了《关于发展热电联产的若干规定》（急计交能（1998）220号文）。2000年原国家四部委又以急计基础号文下达了《关于发展热电联产的规定》进行修订和补充再次重申热电联产节能界定指标。而2016年3月22日国家发展改革委、国家能源局、财政部、住房城乡建设部、环境保护部五部委联合以发改能源[2016]617号文印发的《热电联产管理办法》却没有明确热电联产机组节能界定指标。而现阶段如何量化评价热电联产机组替代小容量工业锅炉的节能效果目前仍比较少见。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法，具体技术方案如下：
一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法包括以下步骤：
（1）建立热电联产机组及小容量工业锅炉的能耗成本曲线模型，具体如下：
；（1）
其中， 是热电联产机组能耗成本；是热电联产机组有功功率；是热电联产机组热负荷；是热电联产机组能耗成本系数；
；（2）
其中，是第台小容量工业锅炉能耗成本；是第台小容量工业锅炉热负荷；是第台小容量工业锅炉成本系数；
（2）设热电联产机组替代了台小容量工业锅炉，则热电联产机组供热负荷与被替代的小容量工业锅炉供热负荷存在如下关系：
；（3）
表示替代规模；
（3）确定热电联产机组替代台小容量工业锅炉是否节能的条件，若热电联产机组能耗成本小于替代的n台小容量工业锅炉能耗成本，则表示电联产机组替代台小容量工业锅炉是节能的，即
（4）。
进一步，所述热电联产机组电负荷P的可行域如下：
；（5）
其中，表示当热电联产机组热负荷为H时热电联产机组有功功率P的下限值；
表示热电联产机组热负荷为H时热电联产机组有功功率P的上限值；
所述热电联产机组热负荷H的可行域如下：
；（6）
其中，表示当热电联产机组有功功率为P时热电联产机组热负荷的下限值；
表示当热电联产机组有功功率为P时热电联产机组热负荷的上限值。
进一步，所述第i台小容量工业锅炉热负荷的约束条件为：
；（7）
其中，表示第i台小容量工业锅炉热负荷的最小值，表示第i台小容量工业锅炉热负荷的最大值。
进一步，所述小容量工业锅炉为额定蒸发量小于220t/h的工业锅炉。
本发明提供了一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法，创新的利用燃煤机组能耗成本曲线量化地评价热电联产机组集中供热替代小容量工业锅炉的节能效益，可为量化热电联产机组节能界定指标提供一种思路，也为政府部门产业发展决策提供理论支持。
附图说明
图1为发明实施例中典型热电联产机组的P、H的可行域示意图；
图2为本发明中2型热电联产机组能耗成本与热电比的关系示意图；
图3为本发明中1型热电联产机组能耗成本与热电比的关系示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：
一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法包括以下步骤：
（1）建立热电联产机组及小容量工业锅炉的能耗成本曲线模型，具体如下：
；（1）
其中， 是热电联产机组能耗成本；是热电联产机组有功功率；是热电联产机组热负荷；是热电联产机组能耗成本系数；
；（2）
其中，是第台小容量工业锅炉能耗成本；是第台小容量工业锅炉热负荷；是第台小容量工业锅炉成本系数；
（2）设热电联产机组替代了台小容量工业锅炉，则热电联产机组供热负荷与被替代的小容量工业锅炉供热负荷存在如下关系：
；（3）
表示替代规模；
（3）确定热电联产机组替代台小容量工业锅炉是否节能的条件，若热电联产机组能耗成本小于替代的n台小容量工业锅炉能耗成本，则表示电联产机组替代台小容量工业锅炉是节能的，即
；（4）
热电联产机组电负荷P的可行域如下：
；（5）
其中，表示当热电联产机组热负荷为H时热电联产机组有功功率P的下限值；
表示热电联产机组热负荷为H时热电联产机组有功功率P的上限值；
热电联产机组热负荷H的可行域如下：
；（6）
其中，表示当热电联产机组有功功率为P时热电联产机组热负荷的下限值；
表示当热电联产机组有功功率为P时热电联产机组热负荷的上限值。
第i台小容量工业锅炉热负荷的约束条件为：
；（7）
其中，表示第i台小容量工业锅炉热负荷的最小值，表示第i台小容量工业锅炉热负荷的最大值。
综上可见，热电联产机组替代小容量工业锅炉是否节能是由替代规模与热电比两个因素共同影响的，在替代规模小、热电比较低时，从综合效益来看热电联产机组不一定节能。热点比例是热电联产机组热负荷H与热电联产机组有功功率的比值。以下是对这两个因素的分析：
如下表1是典型的有一定差异的2台热电联产机组以及2台小容量工业锅炉的机组参数，以下的分析中，有功功率的单位为MW，发热量的单位为MWth，能耗成本的单位为$，由于能耗成本与煤耗存在正比例关系，因此能耗成本符合耗量特性曲线关系。
表1 机组参数
（1）对替代规模n的分析：
当2型热电联产机组热负荷H固定为120MWth，根据图1所示的典型热电联产机组的P、H的可行域可知，P可在92.1MW至112.6MW内变动，当P=92.1MW时，2型热电联产机组能耗成本最低，即
即2型热电联产机组能耗成本为5516.957$。
将2型热电联产机组热负荷H=120Mwth平均分配到若干台3型小容量工业锅炉时，并计算小容量工业锅炉能耗成本，如下表2所示：
表2 2型热电联产机组替代3型小容量工业锅炉的结果
从上表可知，2型热电联产机组替代4台及以下的3型小容量工业锅炉时，2型热电联产机组的能耗成本均高于3型小容量工业锅炉能耗成本，即，不满足节能条件，同时至少挤占了92.1MW的发电空间；当2型热电联产机组替代6台及以上的3型小容量工业锅炉时，2型热电联产机组的能耗成本均低于3型小容量工业锅炉能耗成本，即，满足节能条件，达到一定替代规模后节约的能耗成本就会明显增加，例如2型热电联产机组替代6台3型小容量工业锅炉可节约能耗成本515.551$，2型热电联产机组替代12台3型小容量工业锅炉可节约能耗成本6169.953$。
将2型热电联产机组热负荷H=120Mwth平均分配到若干台3型小容量工业锅炉时，并计算小容量工业锅炉能耗成本，如下表3所示：
由表1的机组参数可知，4型小容量工业锅炉热负荷为3型小容量工业锅炉热负荷的2倍，同样供热量下能耗成本较低，4型小容量工业锅炉整体性能高于3型小容量工业锅炉。由表2和表3所示，热电联产机组替代性能差的3型小容量工业锅炉所能降低的能耗成本要高于替代性能高的4型小容量工业锅炉；同样是替代12台小容量工业锅炉，表2中2型热电联产机组替代3型小容量工业锅所降低的能耗成本为6169.953$，而表3中2型热电联产机组替代4型小容量工业锅所降低的能耗成本仅为673.255$。
表3 2型热电联产机组替代4型小容量工业锅炉的结果
（2）对热电比的分析
假设2型热电联产机组替代3台小容量工业锅炉热负荷=20MWth的3型小容量工业锅炉，对比该3台3型小容量工业锅炉与2型热电联产机组在不同热电比下的能耗成本，如图2所示，当2型热电联产机组热负荷H=60MWth时，2型热电联产机组热负荷有功功率P的可行域为[41.01,121.61](MW)，对应热电比[1.46,0.49]。2型热电联产机组热电比越高则2型热电联产机组有功功率P越低，但2型热电联产机组能耗成本随之下降，当2型热电联产机组有功功率P降至42.41MW时，2型热电联产机组能耗成本与3台小容量工业锅炉热负荷=20MWth的3型小容量工业锅炉能耗成本相等。因此，该2型热电联产机组替代3台3型小容量工业锅炉，3型小容量工业锅炉热负荷=20MWth时，2型热电联产机组有功功率P在可行域为[41.01,42.41](MW)变动时，2型热电联产机组能耗成本低于3台3型小容量工业锅炉，满足节能条件，即。
若将上述2型热电联产机组改为1型热电联产机组，即1型热电联产机组替代3台小容量工业锅炉热负荷=20MWth的3型小容量工业锅炉，则根据1型热电联产机组有功功率P的可行域，当1型热电联产机组热负荷H=60MWth和1型热电联产机组有功功率P=88.07MW时，1型热电联产机组能耗成本最低时为，而3台小容量工业锅炉热负荷=20MWth的3型小容量工业锅炉能耗成本，因而1型热电联产机组最低的能耗成本高于3台小容量工业锅炉热负荷=20MWth的3型小容量工业锅炉能耗成本，即。因此，1型热电联产机组替代3台小容量工业锅炉热负荷=20MWth的3型小容量工业锅炉后并不节能，如图3所示。比较图2和图3，在替代规模n相等，且小容量工业锅炉热负荷相同的小容量工业锅炉的情况下，热电比较高的热电联产机组更节能。
综上所述，热电联产机组替代小容量工业锅炉是否节能由替代规模和热电负荷的比例两个因素共同决定，在替代规模小、热电比例较低时，从降低能耗成本来看热电联产机组不一定节能。
本发明不局限于以上所述的具体实施方式，以上所述仅为本发明的较佳实施案例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）建立热电联产机组及小容量工业锅炉的能耗成本曲线模型，具体如下：
；（1）
其中， 是热电联产机组能耗成本；是热电联产机组有功功率；是热电联产机组热负荷；是热电联产机组能耗成本系数；
；（2）
其中，是第台小容量工业锅炉能耗成本；是第台小容量工业锅炉热负荷；是第台小容量工业锅炉成本系数；
（2）设热电联产机组替代了台小容量工业锅炉，则热电联产机组供热负荷与被替代的小容量工业锅炉供热负荷存在如下关系：
；（3）
表示替代规模；
（3）确定热电联产机组替代台小容量工业锅炉是否节能的条件，若热电联产机组能耗成本小于替代的台小容量工业锅炉能耗成本，则表示电联产机组替代台小容量工业锅炉是节能的，即
（4）。
2.根据权利要求1所述的一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法，其特征在于：所述热电联产机组电负荷P的可行域如下：
；（5）
其中，表示当热电联产机组热负荷为H时热电联产机组有功功率P的下限值；
表示热电联产机组热负荷为H时热电联产机组有功功率P的上限值；
所述热电联产机组热负荷H的可行域如下：
；（6）
其中，表示当热电联产机组有功功率为P时热电联产机组热负荷H的下限值；
表示当热电联产机组有功功率为P时热电联产机组热负荷H的上限值。
3.根据权利要求1所述的一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法，其特征在于：所述第i台小容量工业锅炉热负荷的约束条件为：
；（7）
其中，表示第i台小容量工业锅炉热负荷的最小值，表示第i台小容量工业锅炉热负荷的最大值。
4.根据权利要求1所述的一种热电联产机组集中供热节能效益的量化评价方法，其特征在于：所述小容量工业锅炉为额定蒸发量小于220t/h的工业锅炉。
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