兩種利用電廠熱量采暖供熱的方案比較

林俊光，任淵源，張衛(wèi)靈，崔云素

（浙江省電力設(shè)計(jì)院，杭州310012）

兩種利用電廠熱量采暖供熱的方案比較

林俊光，任淵源，張衛(wèi)靈，崔云素

（浙江省電力設(shè)計(jì)院，杭州310012）

發(fā)電廠有大量的低溫余熱被浪費(fèi)，而通過(guò)熱泵則可以將發(fā)電廠循環(huán)水的余熱回收利用，從而提高熱利用效率。基于熱泵技術(shù)提出了一種汽水雙熱源供熱量可調(diào)的集中供熱系統(tǒng)，并與常規(guī)熱電廠供熱系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)為利用熱泵回收發(fā)電廠余熱具有節(jié)能、環(huán)保的雙重效應(yīng)。雖然汽水雙熱源供熱量可調(diào)集中供熱系統(tǒng)的初投資較高，但運(yùn)行費(fèi)用較低，僅需3年就可收回投資。

發(fā)電廠；余熱；循環(huán)水；熱泵；供熱；節(jié)能

目前我國(guó)火力發(fā)電及集中供熱的能耗巨大，為此近年來(lái)政府大力發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，以提高能源利用率，降低能源消耗[1]。但由于供熱熱負(fù)荷具有季節(jié)性的特點(diǎn)，且大多數(shù)熱電廠采用抽凝式機(jī)組，仍有大量低品位余熱未被利用，節(jié)能潛力仍然很大[2，3]，研究如何利用低品位余熱，提高熱電廠熱利用率顯得尤為重要。本文依托新疆某熱電廠2×350 MW超臨界空冷抽凝機(jī)組的采暖供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)兩種利用電廠熱量采暖供熱的方案進(jìn)行比較分析。

1 方案一：高溫?zé)崴螕Q熱供熱

該方案采用高溫?zé)崴?jí)管網(wǎng)，以間接換熱供熱方式為用戶采暖供熱，其系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖1所示，系統(tǒng)流程為：從汽輪機(jī)抽出的采暖加熱蒸汽（額定工況0.4 MPa，253.3℃）送至熱電廠的熱網(wǎng)首站，經(jīng)熱交換后，加熱蒸汽產(chǎn)生的凝結(jié)水通過(guò)熱網(wǎng)首站疏水泵輸送回?zé)犭姀S汽水系統(tǒng)。熱網(wǎng)首站送出的供熱一級(jí)熱水管網(wǎng)采用經(jīng)加熱除氧后的水作為供熱介質(zhì)，經(jīng)首站加熱后的130℃高溫?zé)崴斔偷礁餍^(qū)換熱站，換熱后產(chǎn)生的二級(jí)管網(wǎng)95℃熱水供至熱用戶。首站一級(jí)管網(wǎng)的定壓及補(bǔ)水由熱網(wǎng)首站補(bǔ)充水泵完成，一級(jí)管網(wǎng)定壓點(diǎn)設(shè)在首站循環(huán)水泵入口。

圖1 采暖供熱系統(tǒng)

熱電廠首站出口一級(jí)熱水管網(wǎng)供水溫度為130℃，回水溫度為70℃；小區(qū)換熱站的二級(jí)熱水管網(wǎng)供水溫度為95℃，回水溫度為60℃。

熱網(wǎng)首站的系統(tǒng)流程如圖2所示，熱網(wǎng)首站設(shè)置熱網(wǎng)循環(huán)水、補(bǔ)充水、熱網(wǎng)疏水以及熱網(wǎng)加熱蒸汽等相關(guān)系統(tǒng)。首站設(shè)置4臺(tái)熱網(wǎng)加熱器、4臺(tái)熱網(wǎng)循環(huán)水泵、2臺(tái)熱網(wǎng)補(bǔ)充水泵、1臺(tái)熱網(wǎng)除氧器、3臺(tái)熱網(wǎng)疏水泵（兩用一備）以及其它輔助設(shè)備。熱網(wǎng)循環(huán)水泵采用液力耦合器調(diào)速，熱網(wǎng)補(bǔ)充水泵和熱網(wǎng)疏水泵采用變頻調(diào)速。采用調(diào)速裝置后，供熱系統(tǒng)的運(yùn)行更加靈活，質(zhì)調(diào)節(jié)、量調(diào)節(jié)以及質(zhì)量混合調(diào)節(jié)更易實(shí)現(xiàn)，且減少了系統(tǒng)的節(jié)流損失，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較好。

圖2 熱網(wǎng)首站系統(tǒng)流程

2 方案二：汽水雙熱源供熱量可調(diào)集中供熱

為了提高電廠熱量的利用效率，本文介紹一種如圖3所示的汽水雙熱源供熱量可調(diào)集中供熱系統(tǒng)。由圖3可以看出，換熱站有2種熱源輸入，一種是來(lái)自汽輪機(jī)七級(jí)抽汽的0.1 MPa（a），120℃的蒸汽，另一種是80℃的一次網(wǎng)循環(huán)水。在一次網(wǎng)中，先通過(guò)換熱器加熱一次網(wǎng)回水至35℃，再通過(guò)熱泵加熱到80℃后供到換熱站。在換熱站中，先利用二級(jí)換熱器加熱二次網(wǎng)循環(huán)水至60℃，再通過(guò)二級(jí)蒸汽吸收式熱泵（必要時(shí)投運(yùn)尖峰加熱器）加熱到所需溫度后向熱用戶供水，熱水經(jīng)用戶使用后流回第二熱水換熱器加熱，完成二次網(wǎng)（熱用戶側(cè)）的水循環(huán)。

汽水雙熱源供熱量可調(diào)集中供熱系統(tǒng)主要包括抽凝式汽輪機(jī)、凝汽器、一級(jí)熱水換熱器、二級(jí)熱水換熱器、一級(jí)蒸汽吸收式熱泵、二級(jí)蒸汽吸收式熱泵、汽水換熱器、尖峰加熱器、循環(huán)水泵、冷卻塔和相關(guān)閥門。

在汽水雙熱源供熱量可調(diào)集中供熱系統(tǒng)中，來(lái)自冷卻塔水池的循環(huán)水在凝汽器中吸收冷凝熱后，一部分直接回到冷卻塔，另一部分在一級(jí)熱水換熱器中預(yù)熱一次網(wǎng)回水，然后經(jīng)過(guò)一級(jí)熱水換熱器和一級(jí)蒸汽吸收式熱泵將熱量傳給一次網(wǎng)回水，抽凝式汽輪機(jī)第七級(jí)抽汽作為熱泵的驅(qū)動(dòng)熱源，經(jīng)過(guò)換熱后，循環(huán)水的溫度降低，回到冷卻塔水池。經(jīng)過(guò)加熱的一次網(wǎng)供水如不能達(dá)到70～90℃時(shí)，則在汽水換熱器中再次加熱；若溫度能夠達(dá)到70～90℃，則操作相應(yīng)閥門使一次網(wǎng)供水不流經(jīng)下一級(jí)汽水換熱器，直接送去換熱站，從而達(dá)到合理調(diào)節(jié)換熱量、節(jié)約能源的目的。

在換熱站中，一次網(wǎng)供水先通過(guò)二級(jí)熱水換熱器預(yù)熱用戶回水，然后進(jìn)入二級(jí)蒸汽吸收式熱泵，把熱量傳給熱用戶回水后溫度降到20℃，再進(jìn)入換熱器吸熱至35℃，經(jīng)一次網(wǎng)熱泵吸收凝汽器出口循環(huán)水的熱量至80℃，完成一次網(wǎng)水循環(huán)。熱用戶回水經(jīng)二級(jí)熱水換熱器加熱二次網(wǎng)循環(huán)水至60℃，再利用二級(jí)蒸汽吸收式熱泵加熱二次網(wǎng)循環(huán)水至80℃，如遇到極寒天氣可啟動(dòng)尖峰加熱器（熱泵）將二次網(wǎng)循環(huán)水從80℃加熱到90℃，以滿足對(duì)用戶的供熱需求。

圖3 汽水雙熱源供熱量可調(diào)集中供熱系統(tǒng)

3 兩種方案的比較

3.1 優(yōu)、缺點(diǎn)分析

與方案一相比，在保證用戶熱水溫度不變的前提下，方案二主要有以下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）降低了回水溫度，一次網(wǎng)回水溫度約為20℃，使得一次網(wǎng)回水可以通過(guò)換熱器直接利用部分循環(huán)冷卻水的冷凝熱，提高了能源利用率。

（2）一次網(wǎng)供/回水溫度降低，對(duì)輸水管道的保溫和熱應(yīng)力補(bǔ)償要求也相應(yīng)降低。

（3）供熱站有2路加熱源，可以更方便快捷地調(diào)整加熱量，節(jié)約能源。

方案二的缺點(diǎn)是擁有熱泵的換熱站占地面積相對(duì)較大，比方案一多100 m2；系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，且需專門布置用于輸送換熱站熱泵驅(qū)動(dòng)熱源和尖峰加熱器熱源的蒸汽管道。

3.2 經(jīng)濟(jì)性比較

方案一的投資主要是二級(jí)站和管網(wǎng)建設(shè)，約需4 500萬(wàn)元。方案二的投資除了二級(jí)站和管網(wǎng)建設(shè)外，還需要配置1臺(tái)15 MW和2臺(tái)25 MW的溴化鋰熱泵機(jī)組，加上尖峰加熱器，比方案一增加投資約2 500萬(wàn)元，總投資為7 000萬(wàn)元。

2種方案的經(jīng)濟(jì)性比較如表1所示。從表1可以看出，在機(jī)組總供熱量為166.7 MW的情況下，方案二的初投資高于方案一，2種方案的投資回收期均約為3年。方案二與方案一相比，可減排COX約10.7萬(wàn)噸/年，減少冷卻水損失約14.3萬(wàn)噸/年，這對(duì)于該地區(qū)，尤其是缺水的內(nèi)陸地區(qū)的節(jié)能減排工作有積極意義。

4 結(jié)論

綜上所述，與常規(guī)熱電廠二次換熱供熱方案相比，利用溴化鋰吸收式熱泵技術(shù)的汽水雙熱源供熱量可調(diào)集中供熱方案可回收部分電廠冷凝熱，減少了燃料費(fèi)用、冷卻水量以及對(duì)環(huán)境的熱污染，能較好地實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，經(jīng)濟(jì)效益顯著，對(duì)該地區(qū)的節(jié)能減排工作有重要意義。

表1 方案一與方案二經(jīng)濟(jì)性比較

[1]楊旭中，郭曉克，康慧.熱電聯(lián)產(chǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社,2009.

[2]車得福，劉銀河.供熱鍋爐及其系統(tǒng)節(jié)能[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[3]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M].北京：中國(guó)電力出版社，2000.

（本文編輯：龔皓）

Comparison of Two Heating Programs by Using Power Plant Heat

LIN Jun guang，REN Yuan yuan，ZHANG Wei ling，CUI Yun su
（Zhejiang Electric Power Design Institute，Hangzhou 310012，China）

A great deal of low-temperature residual heat is wasted in power plant.Recycling the residual heat of circulating water by heat pump could increase the efficiency of heat utilization.The paper proposes a central heating system with steam and water heat sources and heat adjustability on the basis of heat pump technology and it compares the central heating system with the conventional heating system in thermal power plants.The paper believes that residual heat recycling by heat pump can save the energy and protect the environment.Though the investment in central heating system with steam and water heat sources and heat adjustability is high，the cost for operation is lower，and the investment can be returned in three years.

power plant；waste heat；circulating water；heat pump；heating；energy saving

TK115

：B

：1007-1881（2013）10-0055-03

2013-04-19

林俊光（1984-），男，浙江寧海人，工程師，從事火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)工作。