煤和天然氣,理論燃燒溫度在2000攝氏度左右。用于供熱,通常最高供水溫度在130攝氏度左右,如果把煤、天然氣拿來直接燃燒供熱,其溫差將在1800攝氏度左右,能源品位的損失,接近70%~80%。
因此,把煤、天然氣直接燃燒供熱,是對能源的最大浪費,是最不經(jīng)濟的??墒侵两瘢@種狀況到處可見,不僅小型燃煤供熱遍地開花,就是新近“煤改氣”的大型燃氣供熱(鍋爐房總?cè)萘吭趲装賴嵰陨希┮廊蝗绻?。這種狀況不改變,我國供熱技術(shù)的落后面貌難以改觀。
煤和天然氣,最合理的利用方式,是梯級利用,即電熱冷聯(lián)供或AGCC即整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。如前所述,煤和天然氣,理論燃燒溫度都在2000攝氏度左右,最理想的利用方式是高溫段發(fā)電,低溫段供熱、制冷。對于通常的發(fā)電廠,發(fā)電效率一般在30%~40%左右,汽輪機后的乏汽壓力為0.006兆帕,飽和溫度為36攝氏度,其能源品位值只有總能源品位值的2.5%~5.0%之間,即發(fā)電潛力很低,但按數(shù)量分析,約占總熱量的50%左右,目前大多數(shù)情況,向大氣中排放。如果用于供熱、制冷,實現(xiàn)電、熱、冷聯(lián)供,全系統(tǒng)的余熱利用系數(shù)可提高到70%~80%,因此,這種電、熱、冷的梯級利用是化石燃料的最佳利用方式。
根據(jù)國家發(fā)改委的有關(guān)文件,我國正在大力推廣大型機組(容量在200兆瓦~300兆瓦以上)的電熱冷聯(lián)供系統(tǒng),這對于我國大中城市來說,是非常正確的。在加速城鎮(zhèn)化的建設(shè)中,我國勢必會有大量小城鎮(zhèn)涌現(xiàn),人口在幾萬至十幾萬之間,對于這樣的城鎮(zhèn),比較合理的供熱方式應(yīng)該是小型背壓機組(容量在25兆瓦以下)的電、熱、冷聯(lián)供。經(jīng)中國供熱信息網(wǎng)人員測算,這種機組,即使冬天聯(lián)運,夏天停運,經(jīng)濟上都是合算的。如果這種供熱方式,能夠取得共識,那么我國相當(dāng)數(shù)量人口的供熱民生問題,就會得到解決。
對于局部區(qū)域(如一定范圍的公共建筑或居民區(qū)),可以大力發(fā)展分布式能源系統(tǒng)。這種系統(tǒng),利用小型燃氣發(fā)電機組(內(nèi)燃機或小型燃氣輪機),一面發(fā)電,一面利用廢氣或冷卻熱量通過熱泵機組供熱供冷,解決本區(qū)域的電、熱、冷需求。以上不同方式的電、熱、冷聯(lián)供,既可以實現(xiàn)能源的梯級利用,又能夠覆蓋全社會的供熱需求。這種能源的梯級利用,應(yīng)該作為國家的基本國策,用法律形式固定下來。
在發(fā)電廠中,能源品位值的最大損失是在電站鍋爐,通常發(fā)電主蒸汽溫度為550攝氏度左右,在鍋爐內(nèi),換熱溫差有1500攝氏度,能源品位的損失近50%,因此,提高發(fā)電廠的發(fā)電效率的主要技術(shù)措施是提高發(fā)電主蒸汽的溫度,但超高臨界、超超臨界的發(fā)電機組其最高主蒸汽溫度也只有600攝氏度多度,發(fā)電效率也不能超過40%~45%,受限的主要因素是汽輪機材質(zhì)的耐溫程度。發(fā)電效率的進一步提高,要有待于金屬材料工藝的更大革新。
進一步提高電熱冷聯(lián)供的發(fā)電方式還有燃氣—蒸汽聯(lián)合循環(huán)。通常以天然氣為燃料。壓縮空氣與天然氣在燃燒室燃燒形成的高溫?zé)煔猓s1200攝氏度~1350攝氏度),進入渦輪機膨脹作功發(fā)電。在燃汽輪機中排出的尾氣進入余熱鍋爐,產(chǎn)生的蒸汽在汽輪機中進一步發(fā)電。如果燃料采用煤,則先經(jīng)過增壓氣化裝置產(chǎn)生煤的裂化氣,再做適當(dāng)處理,如同天然氣一樣,進入燃氣輪機燃燒發(fā)電。這種以煤為燃料的燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)稱為AGCC。無論以天然氣為燃料,還是以煤為燃料,其燃氣--蒸汽聯(lián)合循環(huán)的高溫?zé)煔饪蛇_1000攝氏度以上,因此,發(fā)電效率都能在40%~45%左右。對于我國,無論積極推廣燃氣的燃氣——蒸汽聯(lián)合循環(huán)還是大力研發(fā)燃煤的燃氣--蒸汽聯(lián)合循環(huán),都有很大的現(xiàn)實意義。