哲﹉一 、汽電共生定義 「汽 電 共 生 」就 是 蒸 汽 與 電 力 相 互 依 存 在 系 統 中

綠 色 能 源 科 技

哲﹉一 、汽電共生定義

「汽 電 共 生 」就 是 蒸 汽 與 電 力 相 互 依 存 在 系 統 中 ^; 一套 系統化 設備

,能

夠 同時 產 生 蒸 汽 與 電 力

,如

_{圖 2-l} 電共 生 之 基 本 模 式 。

換言 之

,即

_是

所 示

,說

_明汽

飼水

^蒸汽

琫 圖 2-〡 汽 電 共 生 之 基 本 模 式

在 鍋 爐 中產 生 高 壓 蒸 汽

,經

由蒸 汽 渦 輪 機 旋 轉 而 帶 動 同軸 連 接 之 發 電 機 產 生 電 力

,其

餘 蒸 汽 供 應 工 廠 相 關製 程 使 用 。主 要 之 優 點 為 具 有 節能 、經 濟 與 環 保 三 項 利 益 。以 下 有 兩 項 公 式 說 明如 下 ^:

1.有

_{效熱能比率}

(%)=

^{有效熱能產出(π)}

有效熱能產出(Jf)+有 效電能產出^(U) 有效熱能產出^(〃

)+有

效電力產出^(U)

燃料熱值^(F) 高 壓蒸 汽

2.總

_熱效率

^(%)=

第 二 章 .汽_{電 共 生}

在 汽 電 共 生 的 系 統 中有 兩 大 主 要 設 備 為 氣 渦 輪 及 廢 熱 鍋 爐

,分

_別

敘 述如 下 ^:

(一 )氣 _渦輔機｛ GosTUrbine｝

以 天 然 氣 或 柴 油 做 為 主 要 燃 料

,而

由燃 氣 渦 輪 產 生 機 械 動 力

,轉

動 發 電 機 產 生 電 力

,其

原 理 為 自大 氣 中引進 空 氣

,經

氣 渦 輪 機 組 的 空 氣 壓 縮 後

,噴

_{入 燃 料 燃 燒}

,產

生 高 溫 、高 壓 的 大 量 燃 氣

,來

_{驅 動 氣 渦} 輪 發 電 機 組 。氣 渦 輪 機 高 溫 排 氣 約 ^45U°

C∼

“U°

C,送

至 廢 熱 回 收 鍋 爐

,可

以 產 生 高 溫 蒸 汽

,提

供 工 廠 製 程 加 熱 使 用 。若 將 燃 氣 渦 輪 機 配 上 蒸 氣 渦 輪 機 的 系 統

,此

種 發 電 循 環 結 合 之 系 統 即 為 複 循 環 系 統 如 圖

2-2所

_{示 。}

低壓蒸汽 製程

製程 製程 中壓蒸汽

發電機

氣 輪 機 發 電

,是

一 項有 效 利 用能 源 的重 要 技術

,其

產 生 電 力 與 製 造 蒸 汽 的總 效 率 可 高 達

8U%;另

外 將 在 發 電 後 將 排 放 之 熱 氣 經 廢 熱 鍋 爐 加 熱

,再

產 生 不 同壓 力 與 溫 度 之 蒸 汽 或 熱 水 供 製 程 或 空 調 使 用

,亦

接 用在 物 品乾 燥 源

,若

將 燃 氣 渦 輪 機 配 上 蒸 汽 渦 輪 機 的 系 統

,此

_{二 種} 發 電 循 環 結 合 之 系 統即 為複 循 環 系 統 。

高壓蒸汽

蒸 汽

水

┐ 日

︿且

渦 機 氣 輪

汽輸機

c融 圖

Z2

氣 渦 輸 機 複 循 環 系 統

一 翿

(二 )廢

_{熱 鍋 爐 ｛}^Heo｜

RecUveryS｜ eomGene「

U｜U〢

廢 熱 鍋 爐 的 功 用 是 利 用 氣 渦 輪 機 發 電 作 功 後 的 排 氣 餘 熱 予 以 回 收

,其

方 式 分 為 兩 類 ^:

1.將

高 溫 排 氣 送 至 廢 熱 鍋爐 內

,加

熱水 使 其 變 成 蒸 汽

,供

_{製 程 使 用 。}

2.藉

_{由熱 交 換 器}

^,直

接 做 加 熱 使 用 。

至 於 提 升 氣 渦輪 機 發 電 系 統 效 率 方 法 如 下 ^:

1.強

化 每 個 元件 的效 率

其 主 要 的 元 件 有 壓 縮 機 、燃 燒 室 、燃 氣 輪 機 發 電 動 機 。將 提 升 每 一 個元 件 的效 率

,的

確 是 可 以 增 加 發 電 效 率 。

2.提

高渦 輪 機 進 氣 溫 度

增 加 氣 渦 機 的進 氣 溫 度

,是

能 夠 有 效 改 善 熱 效 率

,但

_{必 須 隨 材 料}

耐 熱 度 與 更 好 的冷 卻 技 術 來提 升 。

寧主 二 、汽電 共 生建 廠規 劃 應 注意 事 項

1.符

合 申 請 合 格 汽 電 共 生 廠 之 條 件 為 → 有 效 熱 能 產 出 比 率 至 少 達

2U%,總

熱 效 率 最 小 值 為

5U%。

2.以

製 程 所 需 之 蒸 汽 為 優 先 考 量

,不

足 的電 力 再 向台 電 公 司購 置 。若 有 多餘 之電 力

,再

售 予 台電 公 司 。

中｝ 三 、汽電 共 生廠 使 用燃 料 1.製

程 產 生 之 廢 氣 。

2.煤

_。

第 二 章 .汽_{電 共 生}

重 油 。 柴 油 。 天 然 氣 。

製 程 產 生 之廢 料 。

鮮二 四 、汽電 共 生適 用之行 業

石 化 工 業 。 鋼 鐵 業 。 水 泥 業 。 紙 業 。 紡 織 業 。

汽 電 共 生 機 組 依 照 熱 能 提 供 發 電 或 供 給 製 程 能 源 的 先 後 不 同

,可

區 分 為 三 大 類

,第

一 類 為 「先 發 電 循 環 系 統 」亦 稱 為 「頂 部 循 環 系 統 」

,它

是 先 利 用 燃 料 產 生 高 壓 高 溫 蒸 汽 去 推 動 蒸 汽 渦 輪 發 電 機 之 後

,再

將 此 餘 熱 蒸 汽 引 至 工 廠 供 製 程 使 用

,此

種 型 式 之 機 組 有 背 壓 式 汽 輪 發 電 機 組 、汽 渦 輪 發 電 複 循 環 機 組 、抽 汽

/冷

凝 式 汽 輪 發 電 機 組 、汽 渦 輪 廢 熱 鍋 爐 機 組 以 及 柴 油 引擎 機 組 等 。此 種 系 統 排 出之 蒸 汽 較 適 合 用 於 一 般 較 低 溫 之 製 程 工 廠

(例

如 石 化 廠 、造 紙 廠

)等

^{之 製 程}

加 熱 使 用 。

3Z

3 4 5

‘

12345

鎖

第 二 類 為 「後 發 電 循 環 系 統 」

,或

者 稱 為 「底 部 循 環 系 統 」

,它

_是 利 用 工 廠 製 程 中產 生 的 廢 熱 將 其 有 效 收 集

,再

_{送 至 鍋 爐}

,產

_{生 高 壓 高} 溫 的蒸 汽使 得 汽 輪 機 旋 轉 而 帶 動 發 電 機 產 生 電 力 。

第 三 類 為 「複 循 環 系 統 」

,本

系 統 是 融 合 上 二 項 特 點 之 設 計

,但

需 要 考 量 是 否 有 利 工 廠 生 產 流 程 。上 述 三 種 系 統 處 在 於 整 體 循 環 中不 僅 要 產 生 電

,而

且 還 要 產 生 足 夠 之 蒸 汽 供 製 程 之 用

,才

可 稱 作 為 汽 電 共 生 。另 外 要 具 備 合 格 之 汽電 共 生 廠 必 須 達 成 總 效 率 不 得 低於

5U%,

以 及 有 效 熱 能 不得 低 於

2U%。

破﹉一、先發電循環系統

包 含 以 下 幾 種 重 要 之分 類 ^:

(一 )背

壓 式 汽 電 共 生 系 統

係 以 高 壓 蒸 汽 驅 動 汽 渦 輪 機 產 生 機 械 能

,而

機 械 能 可 直 接 帶 動 發 電 機 轉 動 而 產 生 電 力

,然

而 多 餘 之 高 溫 蒸 汽 則 由渦 輪 機 排 出

,減

_{壓 後} 用 於 生 產 過 程 中 。如 圖

2-3所

_示 ^:

<

_蒸汽

●雜 圖

2-3

背 壓 式 汽 電 共 生 系 統 高壓 蒸 汽

第 二 章 .汽_{電 共 生}

(二 )拙

汽

/冷

凝 式 汽 輔 發 電 機 組

本 系 統 之 操 作 原 理

,是

將 鍋 爐 產 生 之高 壓 、高 溫 蒸 汽

,先

_{送 至 汽} 輪 發 電 機 發 電

,再

由汽 輪 機 抽 取 適 當 之 蒸 汽 提 供 製 程 使 用 。剩 餘 的 蒸 汽 則 經 汽 輪 機 低 壓 段 作 功 後

,排

_{汽 至 冷 凝 器}

,排

汽 經 凝 結 成 水 後

,送

回鍋 爐 再 循 環 使 用 。如 圖 〦

4所

_示 ^:

汽輪機 燃 料

飼水器 冷凝水器

.#圖 24

抽汽

/冷

凝式汽輪發電機汽電共生系統

(三 )汽

渦 輪 廢 熱 鍋 爐 發 電 機 組

本 系 統 之 操 作 原 理 為 自大 氣 中引進 空 氣

,經

氣 渦 輪 機 組 的 空 氣 壓 縮 機 後

,成

為 高 壓 空 氣 再 與 燃 料 混 合 燃 燒

,以

產 生 高 壓 、高 溫 之 燃 汽

,驅

動 氣 渦 輸 發 電 機 組 。然 而 汽 渦 輪 機 的 排 氣 經 由廢 熱 鍋 爐

,可

_以

產 生蒸 氣

,直

接提 供 製 程 使 用 。如 圖

Z5所

_示 ^:

3。

高壓蒸汽

藿驐

飼水 三 省

綠 色 能 源 科 技

燃氣渦輸機

(四 )柴

油 Ξ〡擎 機 組

本 系 統 是 利 用 重 油 作 為 柴 油 引 擎 之 燃 料

,驅

動 柴 油 引擎 帶 動 發 電 機 而 產 生電 力 。如 圖

2-6所

_示 ^:

一

:氨水槽 謈

〦

滑9曲冷卻器 水冷卻器

●槸圖 2七 柴 油 弓擎 機 組

程

片珮 製

排

帥咖 餼 一

迪皿 一吼 伸 一晑 燃

t麼 圖

2-5

汽 渦 輪 廢 熱 鍋 爐 發 電 機 組

冷卻水塔

第 二 章 .汽_{電 共 生}

爭﹉二 、後發電循環系統

將 工 廠 製 程 中的 廢 熱 轉 換 為 蒸 汽 發 電 。如 圖

Z7所

_示 ^:

製 程 琫 圖 2ˊ 後 發 電 循 環 系 統

σ﹉三 、複發電循環 系統

本 系 統 是 結 合 先 發 電 循 環 與 後 發 電 循 環 而 成 之複 合 循 環 式 汽 電 共 生 裝 置 。如 圖

Z8所

示 ^:

汽輸機

發電機

燃氣渦輸機

發電機 琫 圖

Z8

複 發 電 循 環 系 統

l、^i多

├ 氣

空氣

^〡

綠 色 能 源 科 技

汽 電 共 生 發 電 系 統 是 一種 必 行 性 之 考 量

,其

功 能 在 於 提 高 能 源 使 用 效 率 、降低 生 產 成 本 、提 出具 有 可 靠 電 力

,間

接 對 於 環 境 保 護 實 質 的改 善 及 減 廢 亦 有 相 當 程 度 之 幫助 。

有 關 汽 電 共 生 的 技 術 包 電 機 、機 械 、土 木 、化 工 及 能 源 經 濟 各 領 域 的 專 業 知 識 。利 用 加 入 之 燃 料 能 源 來 同時 產 生 熱 能 與 電 力 的 一 個 獨 立 系 統 。配 合 實 際 的 需 要 作 最 經 濟 且 有 效 率 之 運 用

;對

於 能 源 十 分 缺 乏 的 台 灣 地 區

,這

種 以 汽 電 共 生 方 式 來 運 用 能 源

,除

具 備 有 效 利 用 能 源 外

,也

可 達 到 節 約 能 源 功 效

,對

於 減 緩 台 灣 整 體 ε

q與

_{溫 室 氣 體 的}

排 放

,將

有 發 揮 正 向功 能 。

電 業 為 一 切 工 業 之 母

,汽

電 共 生 廠 是 一 種 能 源 有 效 應 用 的 設 施 ^, 亦 是 目前 能 源 利 用 的 一 項 趨 勢 。若 能 有 效 的 掌 握 各 種 設 廠 之 條 件

,那

麼 將 有 效 利 用 能 源 、降 低 輸 電 損 失 、減 輕 環 保 污 染 、對 於 一 些 需 要 大 量 電 力 與 熱 源 的 工 廠 助 益 頗 大

,因

此 汽 電 共 生 在 技 術 之 發 展 與 實 務 面 的應 用

,對

於 企 業 本 身 和 國家 整 體 利 益均 有 極 重 要 的影 響 。

曾｝ 一 、汽電 共 生廠 解 聯 之主 要原 因

1.台

_{電 系 統}

(含

發 電 機 組 、變 壓 器 、開 關設 備 或 高 低 壓 輸 配 電 路

)發

生 故 障 。

弔 一 早 .汽_{電 共 生} .縊

一 們

咿 一

二 、獨立運轉

1.個

別 發 電 機 控 制 功 能 ^U

2.多

部 發 電 機 之運 轉 控 制特 性 整 合 。

3.鍋

爐 及 蒸 汽 系 統 之跟 隨控 制 。

鞞 一

三、卸載

主 要 針 對 解 聯 後 之 獨 立 系 統 會 依 照 電 力 之 供 需 平 衡 與 否 反 應 到 系 統 頻 率 與 電 壓 上

,卸

載 目的 在 於 平 衡 獨 立 運 轉 系 統 之 發 電 量 與 負 載 量

,以

求 穩 定 運 轉 。

賊 ∴四、同步並聯

1.同

步 電 驛 功能 正 常 。

2.汽

輪 機 控 制 功 能 正 常 。

3.發

電 機 激 磁 系 統 自動 電 壓 調 整 器 功 能 正 常 。

一 圈

問 題 鰔討論

試 定義 汽 電共 生 。

分 別 說 明汽 電共 生之 發 電 型 態 。

規 劃 一座 石 化 廠之 汽 電共 生 系 統

,其

相 關考 慮 因素為 何

?

言式述 鍋 爐 如 何 提 供 其 燃燒 效 率

?

試 述 氣 渦 輸機 主 要 構 造及 動 作 原 理 。

︺

2345

。 汽 電共 生系 統 對 台 邊 能 源與 電 力 調 整之 關聯 性 。