燃气冷热电三联供与地源热泵的联合应用

燃气冷热电三联供与地源热泵的联合应用 作者：赵仕龙

来源：《价值工程》2015年第08期

摘要： 本文以北京某商务园为例，介绍了燃气冷热电三联供与地源热泵两种系统独立供能效果以及耦合供能后效果对比，为多种节能技术耦合实现提高能源利用率提出新的思路。 关键词： 地源热泵；耦合系统；能源利用

0 引言

由于热泵系统可以通过输入少量的高品位能源实现将陆地浅层能源由低品位热能向高品位热能转移，而冷热电三联供系统在回收了大量余热之后仍然有部分低品位的热能被排放。因此，如何使热泵系统将三联供系统排放掉的低品位热能有效利用，以及回收后的节能效果如何成为本文的探讨重点。本文以北京某新建商务园为例，在其已设计的能源站基础上进行两种系统的耦合的分析计算。

1 商务园及能源站概况

该商务园建筑业态多样，主要包括大型企业总部办公与中小型独栋办公、配套商业及人才公寓。其供能面积及负荷情况见表1。考虑发电机所发电量为并网不上网，需要全部自耗，因此系统配置原则为“以电定冷热”，其余供能不足部分由电制冷及燃气锅炉供应。最终选择三联供及地源热泵设备如表2。

其能源站系统结构原理图如图1。

其中地源热泵机组打井数为384口，由地勘报告知单口井供热3.96kW，供冷6.6kW。 冬季三联供和地源热泵提供供暖基础负荷，锅炉作为供暖调峰设备；夏季三联供和地源热泵提供基础制冷负荷，调峰冷量由电制冷解决，优先运行三联供系统。

2 系统用能效率计算

发电机余热大致分为四个部分：高温烟气、缸套水（高温冷却水）、冷却水（低温）以及发电机自身散失掉的热量。其中发电机自身散失掉的热量很少，且无法回收利用。表3为商务园所选发电机的部分参数。

由表3可知，发电机高温烟气被利用后排烟温度为120℃，则烟气回收余热量Qhg：Qhg=chgmhgΔt （1）

高温冷却水回收余热量Chcw：Qhcw=chcwmhcwΔt （2）

其中：chg，chcw分别为高温烟气、水的比热容；mhg，mhcw分别为高温烟气、高温冷却水质量。

由公式（5）、（6）可得：

Qhg=496.5kW （3）

Qhcw=630kW （4）

由此得出一次能源利用率ηsc为：

地源热泵机组通过提取地热井中水的热低品位热量达到供能目的，而通过地勘报告，地热井夏季供回水温度为35℃/30℃，冬季供回水温度3℃/7℃。由发电机参数可知，三联供系统发电供能后剩余的低品位的热量，可在冬季利用发电机循环冷却水中的低品位热能，将其与热泵地源侧循环水相联，提高冬季工况地源热泵侧的进水温度；直燃机排放的120℃烟气以及燃气锅炉排放的烟气也可经过烟水换热器提高地源热泵进水侧温度，从而提高地源热泵COP值，在项目建设初期，若考虑地源热泵利用三联供系统废热还可降低打井数，节约土地面积。 3 余热利用耦合系统

3.1 冷却水可回收余热 由表3知，发电机低温冷却水流量为15m3/h，进回水温差为10℃，则可回收余热Qlcw为：

Qlcw=clcwmlcwΔt=116kW （6）

其中：mlcw，Δt分别为冷却水质量及水温差。

3.2 烟气可回收余热 由表3知，采用烟气冷凝装置可使烟气温度降到70℃，则烟气可回收余热为：

Qclg=cclgmclgΔt=80.8kW （7）

其中：mclg，mclg，Δt分别为水烟气比热容、烟气质量及烟气温差。

取燃气锅炉排烟温度为200℃，烟气冷凝装置可使烟气温度降至70℃。由天然气燃烧化学式，及空气成分构成可知：1Nm3天燃气燃烧生产理论烟气量约为10.3Nm3（大约为

12.5kg）。以过量空气系数1.05为例，产生烟气14Nm3（大约16.6kg）。烟气温度200℃降低至70℃，放出物理显热约1600kJ，水蒸汽冷凝率取50%，放出汽化潜热约1850kJ，总计放热

3450kJ，若取80%烟气进入热能回收装置，回收效率0.9，则单位燃气耗量可回收余热2484kJ，可以提高热能利用率7.06%以上，节省天然气燃料近8%。

则锅炉烟气回收余热Qbg为：

Qbg=2484×470=1055700kJ≈324.3kW （8）

由于各设备均为两台，因此总回收热量：

QA=（Qbg+Qlcw+Qclg）×2=980.1kW （9）

板换效率取0.9，则可利用余热量为882.09kW。

综合计算回收低品位热量后一次能源效率ηA为：

商务园地勘报告中地热井设计工况为单井冬季供热量为3.96kW，单井供冷量为6.6kW。由于采用回收一次能源余热882.09kW，则可减少打井数n为：

可节约占地面积s为：s=n×s1=133×25=3341m2 （12）

系统耦合前年耗气量如表5。

由前面计算得知，系统进行耦合后天然气可节省8%，则每年可节省燃气V为：V=16.7216万m3。

可节约打井费用约133万元；节省占地面积3341m2。

4 总结

本文主要以北京某商务园分立采用燃气三联供与地源热泵系统为例，通过详细计算对比了两种系统耦合之后可回收的余热量，说明了三联供系统与地源热泵共同供能时，仍然有很大的节能空间，并且可以有效地减少地热井的打井面积及成本投入，对于能源中心的经济性及后期运营有重要的意义，因此开展燃气三联供与地源热泵的耦合应用研究也是很有必要的。 参考文献：

[1]张新桥，寇广孝，叶勇军.冷凝式热风炉在高寒干燥地区的应用分析[J].节能与环保，2005-10-30.

[2]裴光泰.冷凝锅炉技术分析[J].工业锅炉，2009-04-20.

[3]高茜.冷热电三联供方案可行性及技术经济分析[D].天津大学，2011-11-01.