電廠回收循環(huán)冷卻水余熱用于供暖的熱經(jīng)濟(jì)性研究

龍群力

（大唐略陽發(fā)電有限公司，陜西 略陽 724300）

0 引言

火電行業(yè)是我國(guó)耗能大戶。2011年全國(guó)火電機(jī)組裝機(jī)容量達(dá)到7.6億kWh，發(fā)電量達(dá)到38 975億 kWh，所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤超過 12億 t［1］。 提高我國(guó)燃煤火電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性、減少環(huán)境污染，對(duì)火電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

現(xiàn)代大型燃煤火電廠的能量轉(zhuǎn)換效率約為40%，60%左右的燃料熱量沒有被充分利用，而冷源損失占燃料熱量的50%左右［2］；大量的熱量隨汽輪機(jī)低壓缸排汽進(jìn)入冷端系統(tǒng)，并排入大氣環(huán)境，既損失熱量、又造成熱污染。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加速，采用熱泵技術(shù)回收火電廠廢熱用于城市供暖，既可提高火電廠的能量利用效率，又可提高居民的生活水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益［3－4］。

溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組是利用溴化鋰溶液在某一條件下能強(qiáng)烈吸收水蒸汽，而在另一條件下又能釋放水蒸汽的特性來實(shí)現(xiàn)制熱［5］。與機(jī)械壓縮式熱泵相比，這種熱泵可利用蒸汽、熱水及高溫?zé)煔獾冉橘|(zhì)的高品位熱量，回收低品位余熱向外供熱，具有耗電量小、運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，所使用的工質(zhì)為溴化鋰溶液，無毒、無污染，沒有溫室效應(yīng)。

采用溴化鋰吸收式熱泵回收某電廠的循環(huán)冷卻水余熱用于居民區(qū)供暖，通過可行性分析及熱經(jīng)濟(jì)性分析，為該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用提供依據(jù)。

1 余熱回收方案設(shè)計(jì)

某電廠裝備兩臺(tái)330 MW凝汽式燃煤機(jī)組，在發(fā)電的同時(shí)向附近的居民小區(qū)供熱。該小區(qū)設(shè)計(jì)供暖面積為100 000 m2，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為6.11 MW。由于熱負(fù)荷較小，該廠供熱系統(tǒng)采用廠用汽經(jīng)混合式換熱器進(jìn)行供暖，廠用汽壓力為0.5 MPa，熱網(wǎng)水流量為210 t/h，供水溫度為80℃，回水溫度為55℃，年耗汽量為25 000 t。該廠冷端系統(tǒng)為閉式循環(huán)水系統(tǒng)，冬季排汽壓力為5 kPa，凝汽器循環(huán)冷卻水的進(jìn)口溫度為20℃，出口溫度為28℃。

根據(jù)該廠供熱系統(tǒng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)如圖1所示的余熱回收系統(tǒng)。 系統(tǒng)采用廠用汽驅(qū)動(dòng)溴化鋰吸收式熱泵回收循環(huán)冷卻水的熱量來加熱熱網(wǎng)回水向外供熱。 雖然廠用汽的壓力可達(dá)到0.5 MPa，但考慮到機(jī)組運(yùn)行時(shí)廠用汽壓力的波動(dòng)以及冬季循環(huán)冷卻水溫度可能較低，為保證系統(tǒng)運(yùn)行可靠，系統(tǒng)采用單效溴化鋰吸收熱泵，其供熱系數(shù)COP為1.7。 熱泵的低溫?zé)嵩慈∽阅鞒隹谘h(huán)水，經(jīng)熱泵提取熱量后返回凝汽器入口。 原系統(tǒng)的廠用汽完全與熱網(wǎng)水混合，而余熱回收系統(tǒng)的廠用汽在熱泵內(nèi)放熱凝結(jié)后的疏水可直接回收至熱力系統(tǒng)。對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行熱力計(jì)算，其結(jié)果如表1所示。

圖1 某電廠余熱回收系統(tǒng)

表1 供熱系統(tǒng)熱力計(jì)算結(jié)果

由表1可知，采用溴化鋰吸收式熱泵后，供熱系統(tǒng)的耗汽量從8.53 t/h下降為5.39 t/h，節(jié)約加熱蒸汽36.8%，按照供熱系統(tǒng)每年運(yùn)行3 000 h，年節(jié)約廠用汽9 420 t。

2 熱經(jīng)濟(jì)性分析

原混合換熱系統(tǒng)采用廠用汽加熱，廠用汽與熱網(wǎng)水混合后供給用戶。根據(jù)等效熱降理論［6］，在主蒸汽流量不變的條件下汽輪發(fā)電機(jī)的功率減少值

式中：ΔNd為混合換熱系統(tǒng)采用廠用汽加熱機(jī)組功率減小值，kW；DT為混合加熱系統(tǒng)耗汽量，kg/s；hT為廠用汽焓值，kJ/kg；hn為汽輪機(jī)低壓缸排汽焓值，kJ/kg；ηjx、ηdj分別為機(jī)械效率及電機(jī)效率。

采用圖1所示的方案后，廠用汽在熱泵內(nèi)放熱凝結(jié)后的疏水可直接回收至熱力系統(tǒng)。設(shè)該疏水進(jìn)入4號(hào)低加出口凝結(jié)水管道，則根據(jù)等效熱降理論［6］，在主蒸汽流量不變的條件下汽輪發(fā)電機(jī)的功率減少值

式中：ΔN′d為熱泵系統(tǒng)加熱機(jī)組功率減小值，kW；D′T為熱泵加熱系統(tǒng)的耗汽量，kg/s；τj為 j號(hào)低加的加熱焓升，kJ/kg；ηj為 j級(jí)低加的抽汽效率；ts為回水溫度，℃；t4為4號(hào)低加出水溫度，℃；cp為水的質(zhì)量定壓熱容，取 4.1 868 kJ/（kg·℃）。

設(shè)機(jī)組的發(fā)電煤耗率為b0，則采用這兩種系統(tǒng)，機(jī)組年發(fā)電煤耗量增加值分別為

式中n為供熱系統(tǒng)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，取3000h。

根據(jù)上述公式，對(duì)這兩種系統(tǒng)進(jìn)行熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算，其結(jié)果見表2。

表2 供熱系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

由表2可知，采用溴化鋰吸收式熱泵后，供熱系統(tǒng)的耗煤量從987.9 t/a下降為543.6 t/a，每年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤444.3 t。

3 結(jié)語

分析了某電廠采用溴化鋰吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱用于供暖系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性。研究表明，將現(xiàn)有的混合換熱系統(tǒng)改造為采用溴化鋰吸收式熱泵的供熱系統(tǒng)，利用蒸汽驅(qū)動(dòng)熱泵回收循環(huán)水余熱向外供暖，可節(jié)約加熱蒸汽36.8%，每年節(jié)約加熱蒸汽9 420 t，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤444.3 t，具有良好的節(jié)能減排效果。

［1］ 中電聯(lián)統(tǒng)計(jì)信息部.中電聯(lián)發(fā)布全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)快報(bào)（2011年 ）.http：//tj.cec.org.cn/tongji/niandushuju/2012-01-13/78769.html.

［2］ 嚴(yán)俊杰，黃錦濤，張凱，等.發(fā)電廠熱力系統(tǒng)及設(shè)備［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2003.

［3］ 王力彪，李染生，王斌，等.基于吸收式熱泵的循環(huán)水余熱利用技術(shù)在大型抽凝機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，2011（6）：470-472.

［4］ 吳星，付林，胡鵬.電廠循環(huán)水供熱技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.區(qū)域供熱，2008（4）：4-7.

［5］ 吳業(yè)正，韓寶琦.制冷原理及設(shè)備［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2004.

［6］ 林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論［M］，西安：西安交通大學(xué)出版社，1994.