熱泵技術在廠網(wǎng)一家熱電廠的應用淺析

張成杰 李海軍

【摘 要】熱電廠的循環(huán)冷卻水存在大量的低溫熱能，熱泵具有將低溫熱能提升為高溫熱能的能力。本文提出利用熱泵技術回收電廠循環(huán)水余熱，為廠網(wǎng)一家熱電廠帶來節(jié)能、環(huán)保、效益三重效應，有廣闊的發(fā)展前景。為擁有供熱公司的熱電廠提供了一種節(jié)能降耗、增大供熱面積、提高經(jīng)濟效益的有效途經(jīng)。

【關鍵詞】熱泵技術；熱電廠；廠網(wǎng)一家；節(jié)能降耗；供熱面積；經(jīng)濟效益

火力發(fā)電廠的冷端損失是電廠熱力系統(tǒng)的最大損失，在冬季額定供熱工況下，汽輪機排汽損失可占到燃料總發(fā)熱量的39%左右，這部分熱量通過循環(huán)水排入大氣。造成巨大的能源浪費。隨著目前熱泵技術的逐步推廣，在熱電廠使用熱泵技術回收循環(huán)水余熱被越來越多的熱電企業(yè)采用。采用熱泵技術一方面可以回收汽輪機組的冷端損失，降低發(fā)電煤耗，達到節(jié)能降耗的目的。對于熱電廠和供熱公司為一家的發(fā)電企業(yè)來說，可以增大供熱面積，帶來顯著的經(jīng)濟收益，應用前景十分廣闊。

1.應用熱泵技術的意義

某電廠設計為2×300MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組，設計供熱能力為860萬㎡，年供熱時間6個月。其下屬的全資供熱子公司負責經(jīng)營區(qū)域內(nèi)60%左右的供熱用戶。該供熱公司目前實際接入供熱面積約920萬㎡，實際供熱面積720萬㎡，并以40萬㎡的速度在逐年遞增，按照當前的現(xiàn)狀，未來三年時間，將達到并超過設計供熱面積。隨著國家節(jié)能環(huán)保政策的要求，今后幾年內(nèi)一部分供熱小鍋爐將被逐步淘汰。目前未接入該公司熱網(wǎng)系統(tǒng)的供熱面積超過700萬㎡，供熱市場前景廣闊，而該電廠面臨著供熱能力不足的問題。

近幾年，因煤炭價格大幅度上漲，導致火電企業(yè)全線虧損，為了降本增效，火電企業(yè)只能從內(nèi)部挖掘潛力，不斷降低發(fā)電煤耗。對于廠網(wǎng)一家熱電企業(yè)來說，不斷擴大供熱面積、不斷提高熱電比，是一種短期內(nèi)就能盈利的經(jīng)營方式。熱泵技術的成熟應用以及選擇方案的不同，可以降低發(fā)電煤耗30g/kwh—70g/kwh左右，增大供熱面積200萬㎡—400萬㎡，熱泵技術應用后，給廠網(wǎng)一家熱電企業(yè)帶來兩個板塊的經(jīng)營收入，帶來大幅度盈利的機會。

2.廠網(wǎng)一家熱電企業(yè)應用熱泵技術效益分析

2.1 經(jīng)濟效益分析

采用熱泵技術后，相比常規(guī)供熱方式可大幅降低發(fā)電煤耗；增加供熱能力、搶占供熱市場；根據(jù)節(jié)能量可獲得較大節(jié)能獎勵；對于水冷機組減少了循環(huán)冷卻水量，降低了蒸發(fā)量，節(jié)約用水成本。

2.2 社會及環(huán)保效益分析

采用熱泵技術，因不新增化石燃料輸入，因而無新增污染物排放；無大的運動部件，設備室內(nèi)布置基本無噪聲污染；在相應供熱情況下大量減少二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物等排放；減少冷卻循環(huán)水消耗和對外污水排放；保障供熱安全與穩(wěn)定，提高人民生活質(zhì)量和社會穩(wěn)定。

3 某電廠熱網(wǎng)運行情況分析

某熱電廠供熱面積比較廣泛，但使用的還是常規(guī)的供暖方案，能源的利用效率不是很高，節(jié)能效果不明顯。其工作的系統(tǒng)工藝見圖1。其部分運行參數(shù)見表1。

由表1可以看出潛在的熱量還是很大的，雖然冷卻循環(huán)水的溫降比較低，但是由于其流量非常大，導致其熱能的排放量也相當可觀。單臺機組排放的冷凝熱為128.4MW。

4.廠網(wǎng)一家熱電廠熱泵回收冷凝熱方案設計

如熱電廠與供熱公司為兩家所有，在熱泵改造過程中，可能存在雙方因立場不同而產(chǎn)生分歧，改造方案不能實現(xiàn)整體效益最大化。對熱電企業(yè)來說，只能改造首站，因二次網(wǎng)無法改造，兩臺機組同時使用熱泵技術或大溫差技術可能無法使用，主要原因是二次網(wǎng)不實施改造，二次網(wǎng)回水溫度太高，提取兩臺機組的循環(huán)水余熱無法輸送至二次網(wǎng)。

某電廠情況對熱泵技術使用有得天獨厚的條件，一方面供熱面積馬上達到設計值，另一方面供熱公司歸熱電企業(yè)所有?？梢詫膳_機組的首站和二次網(wǎng)同時技術改造，使用大溫差技術。能夠增大供熱面積400萬㎡左右。另外，在集中換熱站附近，在未來幾年將新建大型購物中心和高級商務酒店，可以使用電驅(qū)式熱泵在夏天作為其空調(diào)使用，具體系統(tǒng)布置如圖2所示。

在該設計工況下，第一臺汽輪機運行背壓7.8KP， 冷卻循環(huán)水進出口溫度34/25.5℃，第二臺汽輪機運行背壓10KP， 冷卻循環(huán)水進出口溫度42/33.5℃；一次管網(wǎng)回水溫27.5℃， 進入第二臺汽輪機凝汽器，溫度提升至40℃，再進入溴化鋰熱泵機組溫度提升至70℃；原系統(tǒng)中汽水換熱器+新增板式水水換熱器將一次管網(wǎng)熱水加熱到112℃提供給一次管網(wǎng)供熱；

新增二級換熱站采用溴化鋰熱泵機組+板式換熱器串聯(lián)形式，使一次網(wǎng)水從112℃降至20℃；二次網(wǎng)回水通過溴化鋰熱泵機組+板式換熱器串聯(lián)形式，使二次管網(wǎng)水溫從40℃升至55℃。

集中換熱站采用溴化鋰熱泵機組+板式換熱器+電驅(qū)離心熱泵機組，使一次網(wǎng)水從112℃降至15℃；二次網(wǎng)回水通采用電驅(qū)離心熱泵機組+溴化鋰熱泵機組+板式換熱器串聯(lián)形式，使二次管網(wǎng)水溫從40℃升至55℃。

電驅(qū)離心熱泵機組按30萬平米商業(yè)建筑設計，夏天可作為商業(yè)建筑空調(diào)的冷源，不但提高空調(diào)設備利用率，節(jié)省投資，夏天還可收取一定的空調(diào)費，帶來新的利潤增長點。

在該設計工況下，最大供熱量874.8MW，其中吸收熱泵制熱量310MW，回收余熱128.4 MW， 板式換熱器回收余熱128.4 MW，抽汽供熱量618 MW，最大供熱面積：1388萬㎡，其中回收余熱承擔供熱面積：407萬㎡，設計最大抽汽量：2×430 t/h ，設計最小排汽量：2×203 t/h。

5.節(jié)能減排分析

5.1 節(jié)煤分析

回收余熱增加供熱量259萬GJ，折合節(jié)煤量8.8萬t/年；

5.2 發(fā)電煤耗分析

每年回收循環(huán)水余熱增加供熱量259萬GJ，電廠額定供熱工況發(fā)電量為229931KW，假設汽輪機在六個月采暖期始終處于滿發(fā)狀態(tài)，由于回收余熱量造成汽輪機的熱耗降低，計算過程如下：

回收余熱量÷發(fā)電量=259×1010KJ÷（2×229931KW×4368h）=1289KJ/KWh

標煤熱值按29307.6KJ/Kg，上述熱耗降低計算發(fā)電煤耗減少44g/KWh。按背壓升高1KPa，煤耗增加2.2 g/KWh，共計煤耗增加13.2 g/KWh，因運行時間差異（背壓提高時間只有1個月時間），折合煤耗增加4.5 g/KWh，降低計算發(fā)電煤耗減少39.5g/KWh。

5.3 環(huán)境減排分析

1噸標準煤燃燒排放定額為：CO2∶2.5t、SO2∶20kg、NOx：0.0156、煙塵：15kg、灰渣：260kg。

本項目實施后每年可節(jié)約標準煤8.8萬t，則每年可減少CO2排放22萬噸，減少SO2排放1760噸，減少NOx排放1373噸，減少煙塵排放1155噸，減少灰渣2.3萬噸。

5.4 經(jīng)濟效益分析

按照1噸標煤300元計算，每平米供熱費用按照21元計算，則每年毛收入為88000*300+21*4070000=26400000+85470000=1.187億元，經(jīng)濟效益顯著。

6.結(jié)論

對熱電廠循環(huán)水余熱實施回收，能夠帶來顯著的經(jīng)濟和環(huán)保效益。尤其對于廠網(wǎng)一家熱電企業(yè)，不僅達到了節(jié)能降耗的目的，而且通過增加供熱面積，帶來可觀的供熱費收入。熱泵技術在北方地區(qū)廠網(wǎng)一家的熱電企業(yè)有巨大的應用前景。

參考文獻

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