李文勝

（中電投電力工程有限公司，上海200233）

0 前言

某熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目位于夏熱冬暖地區(qū) （海南洋浦），根據(jù)項(xiàng)目批復(fù)文件，配套供熱管網(wǎng)凝結(jié)水回收，其參數(shù)：1.0MPa／100℃；流量：230m3／h。按《工業(yè)余熱術(shù)語(yǔ)、分類、等級(jí)及余熱資源量計(jì)算方法》 （GB／T1028-2000）有關(guān)規(guī)定，此余熱資源屬于二類，應(yīng)盡快回收利用。現(xiàn)有對(duì)此利用方式是直接去給水系統(tǒng)作回?zé)嵊谩?/p>

熱電廠具有豐富的汽源，冷水機(jī)組常采用蒸汽型雙效吸收式 （擴(kuò)建工程常采用這種方案）或蒸汽型雙效吸收式＋電動(dòng)壓縮式 （其作為備用機(jī)組，因熱電廠投運(yùn)之前無(wú)汽源，新建工程常采用這種方案）設(shè)計(jì)方案。全廠空調(diào)、降溫通風(fēng)系統(tǒng)的冷負(fù)荷大 （約為2325kW），且全年運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，宜采用集中制冷站設(shè)計(jì)方案。

結(jié)合上述情況，本項(xiàng)目初步選用單雙效結(jié)合溴化鋰吸收式冷水機(jī)組，從熱網(wǎng)回至熱電廠的凝結(jié)水接冷水機(jī)組單效發(fā)生器先經(jīng)加熱后再去鍋爐給水系統(tǒng)作回?zé)嵊?，?lái)自低壓輔助蒸汽聯(lián)箱或汽輪機(jī)低壓缸的蒸汽接冷水機(jī)組高壓再生器，凝結(jié)水和蒸汽作為單雙效機(jī)組的驅(qū)動(dòng)熱源。根據(jù)熱源條件和冷負(fù)荷變化，單雙效機(jī)組既可單效，也可雙效，再或單、雙效結(jié)合運(yùn)行。

選擇冷水機(jī)組方案時(shí)，因結(jié)合了余熱資源利用，故各方案的運(yùn)行費(fèi)用不容易確定，而運(yùn)行費(fèi)用卻是影響決策的重要指標(biāo)。

本文運(yùn)用動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值法＋層次分析法＋模糊綜合評(píng)價(jià)法，以便得到全面、合理、準(zhǔn)確、科學(xué)的結(jié)果，提高方案優(yōu)選的可靠性和精度。

1 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

從集中制冷系統(tǒng)形式，以及相關(guān)輔助設(shè)備、安裝和土建部分等方面，對(duì)冷水機(jī)組分別采用水冷螺桿式冷水機(jī)組 （以下簡(jiǎn)稱水冷機(jī)組）、單雙效結(jié)合溴化鋰吸收式冷水機(jī)組 （以下簡(jiǎn)稱單雙效機(jī)組）、蒸汽型雙效溴化鋰吸收式冷水機(jī)組 （以下簡(jiǎn)稱雙效機(jī)組）和風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組 （以下簡(jiǎn)稱風(fēng)冷機(jī)組）的四個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析；為對(duì)比簡(jiǎn)化起便，風(fēng)冷螺桿式冷水機(jī)組 （以下簡(jiǎn)稱風(fēng)冷機(jī)組）方案先扣除冷卻水系統(tǒng)的初投資和冷卻水泵的耗電量 （300kW）以及部分土建部分費(fèi)用；各方案均不考慮備用機(jī)組；對(duì)應(yīng)鍋爐給水系統(tǒng)回?zé)嵩O(shè)備相差不大，因此，以下內(nèi)容只對(duì)冷水機(jī)組進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析。

以上對(duì)比分析同時(shí)也將100℃的凝結(jié)水直接對(duì)鍋爐給水系統(tǒng)回?zé)岬脑O(shè)計(jì)方案和先對(duì)單雙效機(jī)組加熱然后將產(chǎn)生的87.58℃的凝結(jié)水再對(duì)鍋爐給水系統(tǒng)回?zé)岬脑O(shè)計(jì)方案也作了經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析。

因水冷機(jī)組不需要使用熱網(wǎng)回來(lái)的凝結(jié)水，所以經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析均以它為基準(zhǔn)。

1.1 冷水機(jī)組主要性能參數(shù)對(duì)比表

表1 .1-1 冷水機(jī)組主要性能參數(shù)對(duì)比表Tab.1.1-1 Comparison table of main performance parameters of water chillers

注：項(xiàng)目投運(yùn)初期，熱負(fù)荷較低，熱網(wǎng)凝結(jié)水回水量不能滿足額定制冷量要求，如單雙效機(jī)組要達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行要求，必須另加入部分蒸汽使機(jī)組單、雙效結(jié)合運(yùn)行。

1.2 運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

基準(zhǔn)方案 （水冷機(jī)組方案）、方案一 （單雙效機(jī)組方案）、方案二 （雙效機(jī)組方案）、方案三（風(fēng)冷機(jī)組方案）的運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比見表1.2-1。

表1 .2-1 運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比Tab.1.2-1 Comparison for operating cost

注：

1）本表僅對(duì)冷水機(jī)組能耗作對(duì)比；

2）在年運(yùn)行費(fèi)用中，燃料費(fèi)和電費(fèi)對(duì)方案比較的影響較大，而水費(fèi)較小且區(qū)別不大，因制冷系統(tǒng)構(gòu)成基本相同，故僅對(duì)燃料費(fèi)和電費(fèi)作對(duì)比；

3）考慮人工費(fèi)及維護(hù)管理費(fèi)較小，相差也不大，表中也未計(jì)入；

4）熱力 （當(dāng)量值〉折標(biāo)煤系數(shù)：0.03412 kgce／MJ；

5）再熱機(jī)組熱耗量可由式 （1）計(jì)算［1］：

式中：

Qsr— 汽輪機(jī)熱耗量，kJ／h；

Dzq—汽輪機(jī)主蒸汽流量，t／h；

hzq—汽輪機(jī)主蒸汽焓值，kJ／kg；

Dgs—最終給水流量，t／h；

hgs—最終給水焓值，kJ／kg；

Dzr—汽輪機(jī)再熱蒸汽流量，t／h；

hzr—汽輪機(jī)再熱蒸汽焓值，kJ／kg；

Dlzr—冷再熱蒸汽流量，t／h；

hlzr—冷再熱蒸汽焓值，kJ／kg；

Dgj—過熱器減溫水流量，t／h；

hgj—過熱器減溫水焓值，kJ／kg；

Dzj—再熱器減溫水流量，t／h；

hzj—再熱器減溫水焓值，kJ／kg；

Dgoi—鍋爐側(cè)排出 （或漏出）的第i股蒸汽（或水）的流量，如鍋爐排污、吹灰或其他泄露，t／h；

hgoi—鍋爐側(cè)排出 （或漏出）的第 i股蒸汽（或水）的焓值，如鍋爐排污、吹灰或其他泄露，kJ／kg。

1.3 年費(fèi)用比較

基準(zhǔn)方案、方案一、方案二、方案三的年費(fèi)用比較結(jié)果見表1.3-1。

表1 .3-1 年費(fèi)用比較Tab.1.3-1 Comparison for Annual cost

注：本表采用動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值法對(duì)基準(zhǔn)方案、方案一、方案二、方案三進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。年費(fèi)用的計(jì)算公式為：

式中：

AW—年費(fèi)用，萬(wàn)元；

C0—初投資，萬(wàn)元；

C—年運(yùn)行費(fèi)用，萬(wàn)元；

i—年固定費(fèi)用率，取10．1852%；

m—使用壽命，取15年。

由上述數(shù)據(jù)比較可知，單雙效機(jī)組方案經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)，水冷機(jī)組方案次之，雙效機(jī)組再次之。

2 綜合性對(duì)比分析

本文采用的層次分析法對(duì)需多目標(biāo)、多標(biāo)準(zhǔn)、多因素、多方案綜合評(píng)價(jià)的冷水機(jī)組設(shè)計(jì)方案優(yōu)選被公認(rèn)為相當(dāng)有效。

為避免層次分析法在標(biāo)度等問題上存在的局限性，克服過分主觀偏好、片面性，本文運(yùn)用插值法和隸屬度概念對(duì)主、客觀因素進(jìn)行量化處理來(lái)加以彌補(bǔ)，使確定權(quán)重的方式更客觀。

按所比選冷水機(jī)組的技術(shù)特征，選取經(jīng)濟(jì)性B1（直接、間接費(fèi)用及效益、能源市場(chǎng)價(jià)格及其變化等）、可行性和可靠性B2（資源條件、氣候適應(yīng)性、制冷出力的衰減性、運(yùn)維管理等）、調(diào)節(jié)性和可操作性B3（冷、熱量調(diào)節(jié)能力、穩(wěn)定性和魯棒性等）、安全環(huán)保性B4（防火防爆、環(huán)境及職業(yè)健康安全管理、制冷劑的環(huán)保性能、碳排放等）和壽命B5（設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命、使用壽命等）這5個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)因子進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。其中B1為定量指標(biāo)；B2～B5為定性指標(biāo)，用1～9標(biāo)度 （相對(duì)重要性程度）法兩兩相互比較后打分確定。從基準(zhǔn)方案C1、方案一C2、方案二C3、方案三C4中優(yōu)選出冷水機(jī)組方案A。各層次中選取的評(píng)價(jià)因子應(yīng)互相獨(dú)立，使綜合評(píng)價(jià)結(jié)果做到客觀真實(shí)，如相互之間有關(guān)聯(lián)，則需引入網(wǎng)絡(luò)層次分析法等方法。注：因各冷水機(jī)組的環(huán)保性能差異容易區(qū)別，故對(duì)生命周期評(píng)價(jià) （LCA）中的常規(guī)成本、環(huán)境影響成本結(jié)合一起考慮。

對(duì)B1評(píng)價(jià)因子，令各方案年費(fèi)用集合 （0，-59，39，51）中數(shù)值0對(duì)應(yīng)得分為1，數(shù)值-59對(duì)應(yīng)得分為5，將數(shù)值39，51進(jìn)行均勻插值處理后再在1～1／5之間打分 （分母取整），得出新集合 （1，5，1／3，1／4），以此為基礎(chǔ)得到 B1-C判斷矩陣如下：

層次結(jié)構(gòu)模型如圖2-1所示：

計(jì)算A-B判斷矩陣的特征向量并歸一化處理后求得標(biāo)準(zhǔn)化特征向量bj（＝乘積n次方根／n次方根之和），見表2-1。

圖2 -1 模型分層結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-1 Block diagram of Hierarchical structure of model

表2 -1 A-B判斷矩陣標(biāo)準(zhǔn)化特征向量計(jì)算過程Tab.2-1 Calculation process of standardized eigenvectors of A-B judgment matrix

對(duì)A-B、B2-C、B3-C、B4-C、B5-C判斷矩陣，各矩陣數(shù)值暨評(píng)價(jià)結(jié)果 （綜合隸屬度）按模糊數(shù)學(xué)中的最大隸屬度原則根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)法確定，其中評(píng)價(jià)等級(jí)分成9檔暨評(píng)價(jià)級(jí)V＝{1，2，3，4，5，6，7，8，9}，評(píng)價(jià)項(xiàng)目 （權(quán)重）為以上矩陣數(shù)值的計(jì)算項(xiàng)。打分由本專業(yè)科室人員完成。如緊排在最大隸屬度所在等級(jí)之后的二個(gè)等級(jí)的綜合隸屬度之和≥0．5，則評(píng)價(jià)等級(jí)應(yīng)下調(diào)一個(gè)等級(jí)。

B2-C、B3-C、B4-C、B5-C判斷矩陣如下：

按以上方法，將B2～B5判斷矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化特征向量cij填入表2-2中。

在云算子網(wǎng)頁(yè)（http：／／www.yunsuanzi.com／）上通過 “矩陣特征值及特征向量在線計(jì)算”求得各判斷矩陣的最大特征根λmax，并將結(jié)果填入表2-2中?；谠朴?jì)算技術(shù)的云算子可在線求解矩陣運(yùn)算、數(shù)學(xué)規(guī)劃和數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域內(nèi)的問題。

表2 -2 一致性檢驗(yàn)計(jì)算過程Tab.2-2 The calculation process of consistency check

表2-2中，一致性指標(biāo)CI按下式計(jì)算：

式中，λmax—最大特征值；n—矩陣階數(shù)。

A-B判斷矩陣的最大特征值λmax＝5．266，則

隨機(jī)一致性指標(biāo)RI查表2-3可得。

表2 -3 隨機(jī)一致性指標(biāo) （RI）數(shù)值表Tab.2-3 Numerical table of stochastic consistency index（RI）

因此，A-B、B1-C、B2-C、B3-C、B4-C、B5-C判斷矩陣層次單排序均通過一致性檢驗(yàn)（0≤CR＜0.1），具有滿意一致性。

層次總排序一致性比率CR按下式計(jì)算：

層次總排序通過一致性檢驗(yàn)。

總排序權(quán)值ci按下式計(jì)算：

從而得出方案層對(duì)目標(biāo)層的總排序權(quán)值：

因方案一c2＞基準(zhǔn)方案c1＞方案二c3＞方案二c4，故應(yīng)首選方案一，基準(zhǔn)方案次之，方案二再次之。沒有余熱利用時(shí)，僅對(duì)方案c1、c3、c4進(jìn)行比選，應(yīng)選基準(zhǔn)方案。

3 討論

結(jié)合本文實(shí)例，針對(duì)DLT 5035-2016：《發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.2.3條“發(fā)電廠人工冷源選擇應(yīng)符合下列原則：”，第1節(jié)“當(dāng)鍋爐煙氣或其他廢熱溫度較高，且經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證合理時(shí)，宜采用溴化鋰吸收式冷水機(jī)組供冷；”，目前中、高溫余熱利用技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已比較成熟，為降低機(jī)組熱耗和發(fā)電標(biāo)煤耗，這些廢熱往往應(yīng)用于鍋爐給水回?zé)嵯到y(tǒng)、空預(yù)器、暖風(fēng)器、性能加熱器、供熱首站等系統(tǒng)或設(shè)備中，故這一條文在設(shè)計(jì)工作中無(wú)實(shí)操性；其也不如電動(dòng)壓縮式冷水機(jī)組可靠，在全部主機(jī)停運(yùn)時(shí)，會(huì)無(wú)“熱”可用。

第2節(jié) “當(dāng)汽輪機(jī)較低級(jí)抽汽汽源有可靠保證時(shí)，宜采用溴化鋰吸收式制冷機(jī)組供冷；”，從前述對(duì)比分析中看出，相比水冷螺桿式冷水機(jī)組，蒸汽型雙效溴化鋰吸收式冷水機(jī)組在經(jīng)濟(jì)性、綜合性能上均不占優(yōu)勢(shì)。此條內(nèi)容值得認(rèn)真商榷。

雖中、低溫余熱利用技術(shù)投資回收期較長(zhǎng)，但其節(jié)能潛力較大，只要找到適合的應(yīng)用場(chǎng)合，通過改進(jìn)現(xiàn)有工藝系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提升設(shè)備功能（如本文中的單雙效機(jī)組），對(duì)熱能進(jìn)行轉(zhuǎn)化及升溫、梯級(jí)利用、一熱多用等，還是會(huì)有較好的經(jīng)濟(jì)效益，如本文實(shí)例。

從優(yōu)化設(shè)計(jì)及科學(xué)決策角度，故宜對(duì)第10.2.3條進(jìn)行細(xì)化。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于擁有豐富余熱資源的企業(yè)，可將余熱資源利用和用冷需求作為一個(gè)整體來(lái)考慮，以便從整體上得出對(duì)電廠最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。單雙效機(jī)組對(duì)低品位余熱資源的利用更高效，能提高汽輪發(fā)電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性和絕對(duì)內(nèi)效率，建議有熱網(wǎng)凝結(jié)水回收要求的熱電廠，冷水機(jī)組宜按單雙效機(jī)組選型。