燃?xì)饪照{(diào)的應(yīng)用與發(fā)展論文
摘要：西氣東輸工程的東段管道已經(jīng)開(kāi)始試運(yùn)行，天然氣在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比例將越來(lái)越大。燃?xì)饪照{(diào)是一種合理利用天然氣的方法，還可以降低用電用氣的季節(jié)不平衡。本文介紹了燃?xì)饪照{(diào)的不同產(chǎn)品形式，并陳述了燃?xì)饪照{(diào)的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：燃?xì)饪照{(diào) 能源結(jié)構(gòu) 天然氣
1.前言
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平不斷提高，我國(guó)空調(diào)器的使用量不斷增大。我國(guó)的空調(diào)器主要是電空調(diào)器，隨著空調(diào)使用量的增大，空調(diào)的耗電量也越來(lái)越大，因而造成電力緊張，用電的季節(jié)峰谷差加大。另一方面，2003年10月1日，西部大開(kāi)發(fā)的標(biāo)志性工程―西氣東輸工程?hào)|段管道靖邊――上海段開(kāi)始投產(chǎn)試運(yùn)行，源源不斷的天然氣開(kāi)始進(jìn)入上海和華東地區(qū)，2004年元月1日，上海將開(kāi)始商業(yè)供氣，天然氣在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的比例將越來(lái)越大。
發(fā)展燃?xì)饪照{(diào)，既可以緩解由于大量使用電空調(diào)器引起的高溫季節(jié)的電力緊張，又增加了夏季的用氣量，可以調(diào)節(jié)用電用氣的季節(jié)不平衡。此外，在我國(guó)大力發(fā)展燃?xì)饪照{(diào)，可以比較合理的消費(fèi)天然氣，適應(yīng)我國(guó)“西氣東輸”工程的要求，受到國(guó)家能源政策的支持，而且燃?xì)饪照{(diào)還具有很好的環(huán)保性能。
2.燃?xì)饪照{(diào)主要產(chǎn)品種類(lèi)
燃?xì)饪照{(diào)的種類(lèi)較多，可以根據(jù)不同的使用場(chǎng)合、不同的使用要求來(lái)加以選用。根據(jù)制冷制熱原理和使用目的的不同，燃?xì)饪照{(diào)大致有以下幾種產(chǎn)品種類(lèi)。
2.1 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空調(diào)
由燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮式空調(diào)具有較高的性能系數(shù)，因而在燃?xì)饪照{(diào)中以燃?xì)鉃槟茉吹膲嚎s式冷水機(jī)組及熱泵機(jī)組發(fā)展較快。由燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮式冷水機(jī)組及熱泵機(jī)組與電動(dòng)壓縮機(jī)組比較，可無(wú)需考慮電力系統(tǒng)的發(fā)電效率及輸配電效率，因而具有較高的性能系數(shù)，是一種既可以燃?xì)鉃槟茉从志哂休^高性能系數(shù)的制冷機(jī)組。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空調(diào)通過(guò)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)制冷壓縮機(jī)，同時(shí)回收發(fā)動(dòng)機(jī)水夾套中的尾氣的廢熱用于吸收式制冷機(jī)或產(chǎn)生熱水、蒸氣等[1]。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空調(diào)與電動(dòng)蒸氣壓縮式空調(diào)相比還具有以下特點(diǎn): 1)可回收發(fā)動(dòng)機(jī)的排熱使熱泵的輸出量增加，還可將回收的排熱驅(qū)動(dòng)吸收式制冷機(jī)制取冷水; 2)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)極易進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，實(shí)現(xiàn)能量調(diào)節(jié)，可保持部分負(fù)荷時(shí)的高效率; 3)以大氣為熱源的場(chǎng)合，因發(fā)動(dòng)機(jī)的排熱基本不受大氣影響，即使在嚴(yán)冬，輸出熱量也變化不大; 4)除霜過(guò)程可用發(fā)動(dòng)機(jī)的排熱加熱，對(duì)輸出熱水溫度影響較小。
2.2 直燃型吸收式空調(diào)機(jī)組
直燃吸收式空調(diào)機(jī)組以天然氣、液化石油氣、燃油為能源，在高壓發(fā)生器內(nèi)燃燒，釋放熱量，以高溫?zé)煔庾鳛榧訜嵩�，利用吸收式制冷循環(huán)的基本原理，制取冷熱水，供夏季制冷、冬季采暖用。它結(jié)合了吸收式冷水機(jī)組與鍋爐的優(yōu)點(diǎn)，具有一機(jī)多用的功能。直燃型機(jī)組有單冷機(jī)組和冷溫水機(jī)組兩種形式：?jiǎn)卫錂C(jī)組只具有制冷功能，在天氣炎熱時(shí)為空調(diào)系統(tǒng)提供冷凍水；冷溫水機(jī)組則具有制冷和采暖的雙重功能，既可以提供冷凍水，還可以提供熱源以及熱水。按照采暖循環(huán)的不同方式，冷溫水機(jī)組又可以分為如下幾種類(lèi)型：
1)制冷、采暖專(zhuān)用機(jī)：它只能交替地以制冷/采暖方式進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，而不能同時(shí)具備兩種功能；
2)同時(shí)制冷與采暖型：它在工作時(shí)可以同時(shí)完成制冷與采暖循環(huán);
3)同時(shí)制冷、采暖與供應(yīng)生活熱水型：它的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備利用率高，可以節(jié)省機(jī)房的面積。
2.3 冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)
冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是一種對(duì)燃?xì)膺M(jìn)行梯級(jí)利用的系統(tǒng)，可以有效的提高一次能源利用率。為了有效利用燃?xì)猓粌H要提高耗能設(shè)備效率，盡量減少排放熱損失，而且要使燃?xì)猱a(chǎn)生的能量由高溫到低溫實(shí)行多階段多次利用，也就是按能量品位的高低，安排好功、熱和物料熱力學(xué)能的各種能量之間的合理配合，實(shí)現(xiàn)不同形式、不同品位能量的梯級(jí)利用，以獲得整個(gè)系統(tǒng)能量綜合利用最佳效果。
冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是由一種一次能源連續(xù)產(chǎn)生兩種以上的二次能源的系統(tǒng)，燃?xì)馊紵鸦瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，高品位的熱能用來(lái)發(fā)電(燃料電池冷熱電三聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)直接把天然氣的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能)，低品位的熱能用于供熱或者為吸收式、吸附式制冷系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)熱源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)燃?xì)饣瘜W(xué)能的多級(jí)多次利用。
根據(jù)采用的原動(dòng)機(jī)不同，冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)分為兩類(lèi)：
1)以燃?xì)鈾C(jī)為原動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)
燃?xì)鈾C(jī)與柴油機(jī)類(lèi)似，同屬內(nèi)燃機(jī)，為往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械，再將往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng), 驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組。發(fā)電效率為（20～35）%，熱電綜合利用效率為80%。排熱回收形態(tài)主要為（400～600）℃的排氣與（85～90）℃的熱水，可用于采暖、供熱水與制冷。發(fā)電量規(guī)模一般為（15～1000）kW的中小型容量，日本已有容量（15～300）kW機(jī)組型的產(chǎn)品[1]。
2)以燃?xì)廨啓C(jī)為原動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)
可直接傳遞回轉(zhuǎn)能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)組，發(fā)電效率為（20～40）%，熱電綜合利用效率為80%.不用冷卻水，排熱回收形態(tài)主要是排氣，排氣溫度（400～550）℃，排氣經(jīng)廢熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽或熱水，用于采暖、供熱水與制冷，也可將排氣直接用于吸收式制冷機(jī)組制冷。發(fā)電規(guī)模為（1000～3000）kW的大型容量。但隨著微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展，小容量的發(fā)電機(jī)組得到發(fā)展。日本已生產(chǎn)以城市煤氣為能源的微氣體發(fā)電機(jī)組，最小容量為290kW[1]。
2.4 天然氣除濕空調(diào)系統(tǒng)
普通的空調(diào)器的除濕功能只有在被冷卻的房間溫度低于露點(diǎn)時(shí)，才具有一定的除濕能力，但也是有限的，其調(diào)節(jié)能力較差，因此需要專(zhuān)門(mén)具有除濕功能的空調(diào)系統(tǒng)[2]。目前，以天然氣作為驅(qū)動(dòng)能源的除濕空調(diào)系統(tǒng)主要有如下兩種形式：
1)除濕蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)
該系統(tǒng)采用溶液作為除濕劑，在除濕器中對(duì)新風(fēng)進(jìn)行除濕，吸收水分成為稀溶液，必須在再生器中被再生熱源加熱，除去水分提高濃度才能恢復(fù)其除濕功效。以太陽(yáng)能、余熱或其它低溫?zé)嵩磿?huì)有很多不方便之處，影響其推廣使用，而使用天然氣加熱是一個(gè)比較理想的辦法，可以說(shuō)天然氣除濕蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)是新型的節(jié)電、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的空調(diào)技術(shù)，其理論COP值可以達(dá)到1左右。
2)燃?xì)庥糜谵D(zhuǎn)輪再生的干燥空調(diào)方式
在空調(diào)機(jī)組中加入轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)，室外新風(fēng)先進(jìn)入轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)進(jìn)行除濕處理，除濕后的干空氣再進(jìn)入空調(diào)機(jī)進(jìn)行空調(diào)處理，然后進(jìn)入空調(diào)室完成制冷、采暖過(guò)程。轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)由吸濕轉(zhuǎn)輪、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、外殼、風(fēng)機(jī)及再生用加熱器等組成。用來(lái)吸收室外新風(fēng)中水分的吸濕劑一般為硅膠或分子篩。當(dāng)吸濕劑達(dá)到含濕量的極限時(shí)會(huì)失去吸濕能力，為重復(fù)使用需進(jìn)行再生處理。再生處理是用（180～240）℃的熱空氣加熱吸濕劑，使其所含水份蒸發(fā)。而熱空氣就是通過(guò)在再生加熱器中利用天然氣燃燒后的排熱與空氣進(jìn)行熱交換獲得的。這種干燥空調(diào)方式的優(yōu)點(diǎn)有：充分利用天然氣燃燒后的排熱，起到節(jié)能的作用；對(duì)空氣分別進(jìn)行濕度和溫度的處理，能承擔(dān)較大的冷負(fù)荷和濕負(fù)荷，且避免了為滿(mǎn)足濕度要求制冷機(jī)在低蒸發(fā)溫度下運(yùn)轉(zhuǎn), 效率降低的`弊端，有較好的經(jīng)濟(jì)性。
3.燃?xì)饪照{(diào)的經(jīng)濟(jì)性和其帶來(lái)的社會(huì)效益
許多學(xué)者和國(guó)內(nèi)的一些企業(yè)針對(duì)以天然氣作為驅(qū)動(dòng)能源的空調(diào)器的經(jīng)濟(jì)性作了相關(guān)研究，一致認(rèn)為燃?xì)饪照{(diào)器比電空調(diào)器更具競(jìng)爭(zhēng)力。文獻(xiàn)[3] 的研究表明，目前國(guó)內(nèi)天然氣價(jià)格與等熱值的電力價(jià)格之比為約為3.8∶1，吸收式燃?xì)饪照{(diào)器供熱費(fèi)用低于電空調(diào)，以天然氣為燃料的吸收式燃?xì)饪照{(diào)器的制冷循環(huán)與電空調(diào)器相比很有競(jìng)爭(zhēng)力。文獻(xiàn)[4]表明吸收式燃?xì)饪照{(diào)不僅具有用電少、環(huán)境污染輕等優(yōu)點(diǎn)，而且其建設(shè)投資和運(yùn)行費(fèi)用(未包括折舊費(fèi)和人工費(fèi)等)均低于常規(guī)集中空調(diào)。文獻(xiàn)[5]的研究顯示，從一次能源的角度看，燃?xì)饪照{(diào)的一次能耗不低于電力空調(diào)方案，且節(jié)能性較好。文獻(xiàn)[6]認(rèn)為在目前的能源價(jià)格等條件下，天然氣熱泵的年單位面積總成本低于電動(dòng)冷熱水機(jī)組、燃?xì)忮仩t和冷水機(jī)組。文獻(xiàn)[7]的研究表明，如果燃?xì)饪照{(diào)采用樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，可大幅度提高能源利用率，其能源綜合利用率可達(dá)到80%～90%，與大型熱電聯(lián)產(chǎn)比較，樓宇冷熱電聯(lián)產(chǎn)可以減少輸配電系統(tǒng)和供熱管網(wǎng)的投資，無(wú)論從減少投資成本和減輕污染來(lái)講都是十分有利的。
此外，目前我國(guó)各種能源的價(jià)格并不十分合理，尤其是天然氣的價(jià)格，與國(guó)際慣例并不一致。在北京，1ｍ3天然氣1.6元多，相當(dāng)于4kWh電的費(fèi)用，在國(guó)外1ｍ3氣大約相當(dāng)于2ｋＷｈ多電的費(fèi)用，因?yàn)?ｍ3天然氣可以發(fā)3ｋＷｈ電[8]。隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)各種能源的價(jià)格將趨于合理化，城市天然氣的價(jià)格相對(duì)于電價(jià)將會(huì)有所降低，這將使得燃?xì)饪照{(diào)的運(yùn)行費(fèi)用將會(huì)進(jìn)一步下降。還有一點(diǎn)就是針對(duì)我國(guó)夏季是用電高峰、用氣低谷，冬季為用電低谷、用氣高峰的能源消費(fèi)現(xiàn)狀，已有部分地區(qū)實(shí)行了峰谷電價(jià)，可以預(yù)見(jiàn)今后在全國(guó)主要城市必然要推行峰谷電價(jià)，而隨著天然氣的廣泛使用，也必將會(huì)實(shí)行峰谷氣價(jià)，而燃?xì)饪照{(diào)的使用時(shí)間正趕上峰值電價(jià)和谷值氣價(jià)，必將大大節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。以目前日本燃?xì)饪照{(diào)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，由于國(guó)家實(shí)行了峰值電價(jià)和谷值氣價(jià)，鼓勵(lì)夏季更多地使用天然氣，其運(yùn)行費(fèi)用就比電力空調(diào)低一倍以上[9]。
另外，發(fā)展燃?xì)饪照{(diào)還能為國(guó)家?guī)?lái)很大的社會(huì)效益，提高天然氣管網(wǎng)的利用率，降低相對(duì)維護(hù)成本。目前的天然氣輸送管網(wǎng)的利用率很低。以陜北到北京的天然氣輸送管道為例，由于季節(jié)供氣不平衡，管線供氣能力有30個(gè)億，實(shí)際用氣只有10多個(gè)億，管網(wǎng)利用率只有30%左右，冬夏差非常大，冬季高峰的平均用氣量是夏季最低月份的平均用氣量的5倍[2]，季節(jié)不平衡非常嚴(yán)重，最直接的后果是經(jīng)濟(jì)成本加大。雖然建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫(kù)可以解決用氣不平衡問(wèn)題，但成本依舊很高。因此，發(fā)展燃?xì)饪照{(diào)，提高管網(wǎng)利用率的同時(shí)也降低季節(jié)用氣的不平衡性，有“一舉兩得”的功效。
目前，西部大開(kāi)發(fā)是我國(guó)的一項(xiàng)重大經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策，西氣東輸又是西部大開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要組成部分，也是我國(guó)的一項(xiàng)重要能源調(diào)整政策。合理利用天然氣，關(guān)系到西氣東輸政策的成敗，而燃?xì)饪照{(diào)則是天然氣資源的一種較好的利用方式。從美國(guó)加州2001年夏季、2002年夏季發(fā)生了幾次電力危機(jī)和今夏我國(guó)眾多省份拉閘限電來(lái)看，連日高溫導(dǎo)致發(fā)電廠超負(fù)荷運(yùn)行，其中大量使用電空調(diào)器是導(dǎo)致電力危機(jī)的一個(gè)重要原因[2]，這也說(shuō)明發(fā)展燃?xì)饪照{(diào)，使之與電空調(diào)器構(gòu)成合適的使用比例，從而減少電空調(diào)器在夏季對(duì)電網(wǎng)的沖擊，可以避免類(lèi)似的能源危機(jī)在我國(guó)發(fā)生。
4.結(jié)論
發(fā)展以天然氣為能源的空調(diào)，有利于保護(hù)環(huán)境，解決電力緊張和用電峰谷差增大的問(wèn)題，同時(shí)也可以減小用氣的季節(jié)不平衡性，提高天然氣輸送管道的利用率，降低天然氣輸送成本。隨著天然氣價(jià)格和電力價(jià)格趨于合理化，天然氣氣空調(diào)將比電空調(diào)器具有更好的經(jīng)濟(jì)性。因此，發(fā)展燃?xì)饪照{(diào)，不僅符合我國(guó)的能源政策，同時(shí)有助于我國(guó)的能源安全，在“西氣東輸”工程全面供氣時(shí)，更好地解決沿海大城市的“西氣東用”問(wèn)題。
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