李文

【摘 要】 本文對基于溴化鋰熱泵技術(shù)回收熱電廠循環(huán)水余熱的技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計研究，解決了熱電廠在冬季循環(huán)水泵低速運行，循環(huán)水流量大幅度減小影響熱泵COP的問題，使熱泵回收余熱量仍然達(dá)到相當(dāng)于循環(huán)水泵高速運行時循環(huán)水量中的余熱量，增加了投資效益。同時解決循環(huán)水中熱量被回收后的冷卻水塔凍冰問題。

【關(guān)鍵詞】 熱電廠 循環(huán)水 余熱回收 優(yōu)化設(shè)計

0 引言

熱電廠循環(huán)水余熱回收技術(shù)正在東北、華北、西北地區(qū)大力推行，取得顯著節(jié)能減排效益。在不增加燃煤量的情況下，通過溴化鋰熱泵技術(shù)提取電廠循環(huán)水中的低溫?zé)崮埽尤氲匠鞘袩峋W(wǎng)中，增加城市供熱面積。

但是，有的熱電廠冬季循環(huán)水泵處于低轉(zhuǎn)速運行工況，循環(huán)水量較小，進(jìn)入熱泵的熱源水就少，直接影響熱泵的COP及回收余熱量的能力。為充分挖掘節(jié)能降耗的潛能，最大限度的回收電廠機組排汽余熱量，提高熱泵投資收益，采用什么樣的循環(huán)水系統(tǒng)改造方案，既保證機組安全，又能保證余熱回收設(shè)備COP達(dá)到最佳態(tài)，從中能夠最大限度的回收循環(huán)水余熱量開展了優(yōu)化設(shè)計研究。

1 問題的提出

河北某2×300MW熱電廠實施循環(huán)水余熱回收利用改造工程，該廠歷史悠久，機組較多，兩臺300MW機組分別被排號為#10、#11機。循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)計一機對應(yīng)一塔的單元制系統(tǒng)，每臺機凝汽器出口至冷卻塔的循環(huán)水管道在水塔前分成三路上塔。每臺機組循環(huán)水系統(tǒng)均配有兩臺循環(huán)水泵，具有高低速兩個運行工況。夏季，兩個循環(huán)水泵高速同時運行，單泵運行時流量為17640 t/h。冬季，每臺機組保持一臺循環(huán)水泵低速運行，循環(huán)水量約為14000t/h，凝汽器循環(huán)水進(jìn)出口溫度一般在24/35℃上下。

該廠循環(huán)水余熱回收工程確定在#11機進(jìn)行。熱泵熱源水余熱回收系統(tǒng)常規(guī)設(shè)計方案是按照電廠冬季正常運行時的循環(huán)水流量14000t/h來設(shè)計，相應(yīng)的熱泵熱源水管道直徑也是按照14000t/h來設(shè)計。存在許多弊病，一是循環(huán)水量偏小，熱泵回收余熱量少，效率（COP）明顯降低，延長投資回收期；二是循環(huán)水中的余熱被提取后，水塔結(jié)凍不可避免。為了獲取最佳投資收益，又能實現(xiàn)水塔防凍，本人對該工程循環(huán)水余熱回收利用改造方案進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計研究。

2 水塔防凍方案優(yōu)化設(shè)計研究

常規(guī)設(shè)計#11機組循環(huán)水通過熱泵，其中熱量被熱泵提取，溫度降低，然后被送回到原來#11機冷卻水塔繼續(xù)冷卻降溫，水塔容易發(fā)生結(jié)冰凍壞的情況。

為解決冷卻水塔防凍問題，制定了兩塔合一方案（請詳見附圖）。在熱泵循環(huán)水進(jìn)口前設(shè)計兩臺升壓泵，增加熱泵出口循環(huán)水去#10機水塔的管道及閥門。#11機循環(huán)水上水水塔的三路閥門被關(guān)閉，#11機水塔停運。#11機循環(huán)水在熱泵與凝汽器形成一個閉式循環(huán)回路，調(diào)節(jié)凝汽器入口水溫的循環(huán)水送往#10機冷卻塔，增加了#10機冷卻塔上水量，可實現(xiàn)兩塔合一的防凍效果。

2.1 運行流程

熱泵正常運行時，閥門111、112、113關(guān)閉，循環(huán)水不送上#11機冷卻水塔。循環(huán)水通過電廠循環(huán)水泵P11打入凝汽器入口A，然后通過升壓泵形成A→B→C→D→E→A閉式循環(huán)水路徑。

在熱泵循環(huán)水出口母管接一管路D-F，安裝一個調(diào)節(jié)閥2，當(dāng)循環(huán)水溫度過高將#11機循環(huán)水部分送往#10機冷卻塔冷卻，冷卻后的循環(huán)水通過循環(huán)水泵P11（或P10）打回到凝汽器。

為防止#10機循環(huán)水系統(tǒng)出現(xiàn)故障，也可將熱泵循環(huán)水送入本機冷卻水塔運行，增加了靈活性。增加了凝汽器循環(huán)水出口管道截斷閥4和熱泵出口循環(huán)水送往#11機冷卻水塔的閥門3及管路。這樣循環(huán)水即可兩塔合一，也可分塔獨立運行”系統(tǒng)。

該方案的益處是升壓泵、熱泵、凝汽器形成閉式循環(huán)系統(tǒng)，閉式循環(huán)系統(tǒng)的流量不受電廠循環(huán)水泵流量的限制，電廠循環(huán)水泵P11只起到頂壓和補水作用，不但節(jié)約電廠循環(huán)水泵P11耗電量，而且能夠增大熱泵的熱源水流量，使回收余熱量最大化。

2.2 循環(huán)水溫度調(diào)節(jié)方法

調(diào)節(jié)閥1進(jìn)行凝汽器出口溫度主要調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥2作為輔助調(diào)節(jié)閥。當(dāng)凝汽器出口溫度高于（低于）給定值34℃，開大（關(guān)?。┱{(diào)節(jié)閥1，增大（減少）循環(huán)水流量，此時電廠循環(huán)水泵P11只起到補水作用，以保持循環(huán)水正常壓力。當(dāng)調(diào)節(jié)閥1已經(jīng)全開，凝汽器出口溫度仍高于給定值34℃，輔助調(diào)節(jié)閥2將開啟，一部分循環(huán)水被輸送到#10機冷卻水塔淋水層降溫。否則，調(diào)節(jié)閥2關(guān)閉。

在初、末寒期，機組供熱抽汽量較小，汽輪機排汽量相對較大，循環(huán)水在凝汽器中的溫升幅度大于在熱泵降溫幅度，因此需要開啟調(diào)節(jié)閥2，將部分循環(huán)水送到冷卻塔降溫后，再通過電廠循環(huán)水泵補充水作用返回凝汽器入口管道混合，降低凝汽器入口溫度。在嚴(yán)寒期，機組供熱抽汽量較大，汽輪機排汽量相對較小，循環(huán)水在熱泵降溫幅度和在凝汽器中的溫升幅度基本相當(dāng)，此階段基本不需要開啟調(diào)節(jié)閥2。

2.3 安全保護(hù)措施

當(dāng)出現(xiàn)兩臺升壓泵同時跳閘事故時，自動聯(lián)鎖開啟冷卻水塔閥門111、112、113即可。如果#11機循環(huán)水泵P11在停運狀態(tài)時，同時自動聯(lián)動循環(huán)水泵P11，或自動提升#10機循環(huán)水泵轉(zhuǎn)速到高速運行。

3 熱泵最大余熱量回收優(yōu)化設(shè)計研究

根據(jù)電廠循環(huán)水泵高低速兩種運行工況的不同流量，熱泵熱源水系統(tǒng)設(shè)計兩個升壓泵選型方案。

3.1方案一

熱泵熱源水系統(tǒng)升壓泵參數(shù)按照常規(guī)方法選配，與電廠一臺循環(huán)水水泵低速運行時的流量14000t/h匹配設(shè)計，選擇兩臺循環(huán)水泵，每臺流量7200t/h，揚程15米，電機功率440KW。

3.2方案二

熱泵熱源水系統(tǒng)升壓泵參數(shù)按照熱泵最佳COP所需循環(huán)水系統(tǒng)流量18000t/h設(shè)計，升壓泵選型為兩臺循環(huán)水泵，每臺流量9200t/h，揚程15米，電機功率560KW。endprint

3.3 系統(tǒng)耗電費用測算分析比較

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：（1）電廠循環(huán)泵高速424rpm對應(yīng)電機1500KW功率，計算出低速374rpm時對應(yīng)的功率是1030KW。（2）初寒末寒期，熱網(wǎng)按照11000t/h流量，供回水溫度48/70℃，需熱泵驅(qū)動蒸汽和熱網(wǎng)加熱器蒸汽共286.2t/h，減去廠用輔助蒸汽約25t/h，實際汽輪機排汽量約300t/h，余熱量為201MW。（3）寒初寒末期和嚴(yán)寒期分別按照70天/50天計算節(jié)約電量，上網(wǎng)電價0.386元。（4）供熱價格24.6元/GJ，供暖期為4個月（2880小時）。（5）上網(wǎng)電價是0.386元/kWh。

3.3.1 方案一和方案二兩臺不同流量升壓泵耗電費用比較

方案一：兩臺熱泵440KW升壓泵年耗電費用：880×2880×0.386=978278.4元。

方案二：兩臺熱泵560KW升壓泵年耗電費用：1120×2880×0.386=1245081.6元。

表面上看，方案二比方案一多耗電價格266803.2元。但是，將電廠循環(huán)水泵（低速）和升壓泵作為一個整體耗電系統(tǒng)進(jìn)行全過程分析，卻是不同的結(jié)果。

3.3.2 兩個方案的電廠循環(huán)水泵和升壓泵整體耗電量計算分析

（1）方案一，電廠一臺低速循環(huán)水泵運行，熱泵熱源水選用兩臺流量7200t/h升壓泵運行時，電廠循環(huán)水泵用電分析。

在初寒末寒期階段，依據(jù)上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2可知，汽輪機排汽余熱量為201MW，可使14000t/h循環(huán)水溫升達(dá)12.4℃，按照熱泵最佳COP熱源水進(jìn)口溫度34℃的要求，即從21.6℃升高到34℃，而熱泵溫降從34℃降低到28.9℃，溫降幅度5.1℃，還需要增加溫降幅度7.3℃，才能將凝汽器入口循環(huán)水溫維持在21.6℃。冷卻水塔降溫能力仍然按照10℃計算，需要9520t/h循環(huán)水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環(huán)水泵補充9520t/h循環(huán)水，消耗功率427KW（14米揚程計算），每小時節(jié)電1030-427=603KW。

在嚴(yán)寒期，當(dāng)汽輪機抽汽量達(dá)到450t/h時，汽輪機排汽余熱量還大于與熱泵吸收余熱量，需要分流送去冷卻塔降溫的循環(huán)水流量2800t/h，需要電廠循環(huán)水泵補充2800t/h水，才能將凝汽器入口循環(huán)水溫維持在21.6℃，因此還需要用#11機循環(huán)水泵繼續(xù)保持低速運行，無法停運。從循環(huán)水泵運行曲線查出，此時電機功率仍為463KW，每小時節(jié)電1030-463=567KW

升壓泵與電廠循環(huán)水泵作為一個整體耗電系統(tǒng)，在寒初寒末期，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)電量，實際每小時多增加耗電880-603=277KW。在嚴(yán)寒期，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)電量，實際每小時多增加耗電880-567=313KW。

寒初寒末期和嚴(yán)寒期分別按照70天/50天計算節(jié)約電量，則整個熱泵循環(huán)水系統(tǒng)水泵耗電費用比改造前實際增加電費：

（277×24×70+313×24×50）×0.386=324610.6元。

（2）方案二，電廠一臺循環(huán)水泵低速運行，熱泵熱源水選用兩臺流量9200t/h升壓泵運行時，電廠循環(huán)水泵用電分析。

首先，在初寒末寒期階段，循環(huán)水補水量消耗水泵功率計算。

初寒末寒期階段，依據(jù)上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（2）可計算出，汽輪機排汽量余熱量為201MW，可使18000t/h循環(huán)水溫升達(dá)9.6℃，按照熱泵最佳COP熱源水進(jìn)口溫度34℃的要求，即從24.4℃升高到34℃，而熱泵循環(huán)水（熱源水）溫降從34℃降低到29.5℃，溫降幅度4.5℃，還需要再溫降5.1℃才能將凝汽器入口循環(huán)水溫維持在24.4℃。冷卻水塔降溫能力按照10℃計算，還需要8742t/h循環(huán)水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環(huán)水泵補充8742t/h循環(huán)水，僅消耗功率390KW（14米揚程計算），每小時節(jié)電1030-390=640KW。此時還需要用#11機循環(huán)水泵繼續(xù)保持低速運行，多余水量通過聯(lián)絡(luò)門打入#10機循環(huán)水系統(tǒng)。有利于提高#10機的真空，降低熱耗。隨著逐漸趨近寒冷，汽輪機供熱抽汽量加大，汽輪機排汽量逐漸減少，排出的余熱量也同步減少，分流去冷卻塔降溫的循環(huán)水流量也逐步減少，電廠循環(huán)水泵補水量消耗的功率隨之減少，節(jié)電效果逐步加大。

在嚴(yán)寒期，當(dāng)汽輪機抽汽量達(dá)到450t/h時，汽輪機排汽余熱量幾乎與熱泵吸收余熱量相當(dāng)，循環(huán)水不需要再分流去冷卻塔降溫，也就不需要電廠循環(huán)水泵補水了。在升壓泵、熱泵、凝汽器之間完全形成閉式循環(huán)，可停止#11機循環(huán)水泵運行。此時只需要用#10機循環(huán)水泵在低速運行狀態(tài)下通過聯(lián)絡(luò)門維持#11機凝汽器入口管道壓力（頂壓）即可，或維持50～100t/h左右的補水量，對應(yīng)電機多耗電9KW，每小時可節(jié)電1030-9=1021KW。

升壓泵與電廠循環(huán)水泵做為一個整體耗電系統(tǒng)，雖然，兩臺升壓泵功率增大到1120KW。但是，它替代了電廠循環(huán)水泵的絕大部分循環(huán)水動力，增加耗電和節(jié)約用電部分抵消，總體增加耗電費用如下。

在寒初寒末期階段，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)約電量，實際每小時只多增加耗電1120-640=480 KW，并且越來越少。在嚴(yán)寒期階段，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)電量，實際每小時只多增加耗電1120-1021=9KW。

初寒末寒期和嚴(yán)寒期分別按照70天/50天計算節(jié)約電量，則整個循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備耗電費用比改造前實際增加電費：

（480×24×70+9×24×50）×0.386=315439.2元。

3.3.3 兩個方案回收余熱量效益分析

方案一選擇14000t/h循環(huán)流量和方案二選擇18000t/h循環(huán)水流量熱泵循環(huán)水系統(tǒng)兩個系統(tǒng)回收余熱收益進(jìn)行計算分析。

根據(jù)前面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對熱泵余熱回收能力的熱力計算，結(jié)果是，如果按照方案二18000t/h熱泵循環(huán)水流量回收余熱，熱泵回收余熱可達(dá)102.4MW，全年回收余熱106.1萬GJ，收入2610.47萬元，而且COP也較高，運行成本降低。而方案一選擇14000t/h熱泵循環(huán)水流量的熱泵回收余熱僅98.4MW， 全年回收余熱102萬GJ，收入2509.2萬元，而且COP也較低，運行成本提高。方案二比方案一多增加2610.47-2509.2=101.27萬元收入，而且COP也較高，效益更好。

4 結(jié)語

經(jīng)過上述循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計研究，我們得到以下幾個方面的成果。

一是方案二打破了傳統(tǒng)的熱泵熱源水系統(tǒng)服從于電廠循環(huán)水流量匹配設(shè)計的常規(guī)設(shè)計方案。當(dāng)時方案爭論的焦點是，電廠循環(huán)水泵低速運行工況只有14000t/h循環(huán)水量，按照18000t/h流量熱源水系統(tǒng)設(shè)計怎么能運行呢？雖然電廠循環(huán)水泵低速運行工況只有14000t/h循環(huán)水量，但是由于熱泵與凝汽器之間設(shè)計有升壓泵，保證了熱泵、升壓泵與凝汽器之間能夠行成獨立的閉式循環(huán)系統(tǒng)，所以熱泵熱源水（循環(huán)水）仍然能夠按照18000t/h流量循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計回收余熱，保證能夠向熱泵提供最大余熱量。電廠低速循環(huán)水泵只起到補水泵的作用。

二是通過將電廠循環(huán)水泵和升壓泵作為整體耗電系統(tǒng)研究，改變?nèi)藗儽砻嫔虾唵握J(rèn)知，方案二設(shè)計兩臺大流量升壓泵比方案一設(shè)計兩臺小流量升壓泵增加電廠廠用電量高的問題，實際投產(chǎn)后證明，方案二的電廠循環(huán)水泵節(jié)電效果比理論分析更好，并且方案二的熱泵從循環(huán)水中回收的余熱收益遠(yuǎn)高于方案一。

三是通過兩塔合一的優(yōu)化設(shè)計方案，很好地解決了北方循環(huán)水余熱回收后的水塔結(jié)凍問題。

通過方案優(yōu)化設(shè)計研究分析報告，最終，工程決策者采納了方案二實施組織設(shè)計。該廠循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)已于2012年1月投入運行，實際運行證明，方案二取得預(yù)期的令人滿意效益。

附圖：“兩塔合一”設(shè)計方案圖endprint

3.3 系統(tǒng)耗電費用測算分析比較

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：（1）電廠循環(huán)泵高速424rpm對應(yīng)電機1500KW功率，計算出低速374rpm時對應(yīng)的功率是1030KW。（2）初寒末寒期，熱網(wǎng)按照11000t/h流量，供回水溫度48/70℃，需熱泵驅(qū)動蒸汽和熱網(wǎng)加熱器蒸汽共286.2t/h，減去廠用輔助蒸汽約25t/h，實際汽輪機排汽量約300t/h，余熱量為201MW。（3）寒初寒末期和嚴(yán)寒期分別按照70天/50天計算節(jié)約電量，上網(wǎng)電價0.386元。（4）供熱價格24.6元/GJ，供暖期為4個月（2880小時）。（5）上網(wǎng)電價是0.386元/kWh。

3.3.1 方案一和方案二兩臺不同流量升壓泵耗電費用比較

方案一：兩臺熱泵440KW升壓泵年耗電費用：880×2880×0.386=978278.4元。

方案二：兩臺熱泵560KW升壓泵年耗電費用：1120×2880×0.386=1245081.6元。

表面上看，方案二比方案一多耗電價格266803.2元。但是，將電廠循環(huán)水泵（低速）和升壓泵作為一個整體耗電系統(tǒng)進(jìn)行全過程分析，卻是不同的結(jié)果。

3.3.2 兩個方案的電廠循環(huán)水泵和升壓泵整體耗電量計算分析

（1）方案一，電廠一臺低速循環(huán)水泵運行，熱泵熱源水選用兩臺流量7200t/h升壓泵運行時，電廠循環(huán)水泵用電分析。

在初寒末寒期階段，依據(jù)上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2可知，汽輪機排汽余熱量為201MW，可使14000t/h循環(huán)水溫升達(dá)12.4℃，按照熱泵最佳COP熱源水進(jìn)口溫度34℃的要求，即從21.6℃升高到34℃，而熱泵溫降從34℃降低到28.9℃，溫降幅度5.1℃，還需要增加溫降幅度7.3℃，才能將凝汽器入口循環(huán)水溫維持在21.6℃。冷卻水塔降溫能力仍然按照10℃計算，需要9520t/h循環(huán)水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環(huán)水泵補充9520t/h循環(huán)水，消耗功率427KW（14米揚程計算），每小時節(jié)電1030-427=603KW。

在嚴(yán)寒期，當(dāng)汽輪機抽汽量達(dá)到450t/h時，汽輪機排汽余熱量還大于與熱泵吸收余熱量，需要分流送去冷卻塔降溫的循環(huán)水流量2800t/h，需要電廠循環(huán)水泵補充2800t/h水，才能將凝汽器入口循環(huán)水溫維持在21.6℃，因此還需要用#11機循環(huán)水泵繼續(xù)保持低速運行，無法停運。從循環(huán)水泵運行曲線查出，此時電機功率仍為463KW，每小時節(jié)電1030-463=567KW

升壓泵與電廠循環(huán)水泵作為一個整體耗電系統(tǒng)，在寒初寒末期，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)電量，實際每小時多增加耗電880-603=277KW。在嚴(yán)寒期，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)電量，實際每小時多增加耗電880-567=313KW。

寒初寒末期和嚴(yán)寒期分別按照70天/50天計算節(jié)約電量，則整個熱泵循環(huán)水系統(tǒng)水泵耗電費用比改造前實際增加電費：

（277×24×70+313×24×50）×0.386=324610.6元。

（2）方案二，電廠一臺循環(huán)水泵低速運行，熱泵熱源水選用兩臺流量9200t/h升壓泵運行時，電廠循環(huán)水泵用電分析。

首先，在初寒末寒期階段，循環(huán)水補水量消耗水泵功率計算。

初寒末寒期階段，依據(jù)上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（2）可計算出，汽輪機排汽量余熱量為201MW，可使18000t/h循環(huán)水溫升達(dá)9.6℃，按照熱泵最佳COP熱源水進(jìn)口溫度34℃的要求，即從24.4℃升高到34℃，而熱泵循環(huán)水（熱源水）溫降從34℃降低到29.5℃，溫降幅度4.5℃，還需要再溫降5.1℃才能將凝汽器入口循環(huán)水溫維持在24.4℃。冷卻水塔降溫能力按照10℃計算，還需要8742t/h循環(huán)水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環(huán)水泵補充8742t/h循環(huán)水，僅消耗功率390KW（14米揚程計算），每小時節(jié)電1030-390=640KW。此時還需要用#11機循環(huán)水泵繼續(xù)保持低速運行，多余水量通過聯(lián)絡(luò)門打入#10機循環(huán)水系統(tǒng)。有利于提高#10機的真空，降低熱耗。隨著逐漸趨近寒冷，汽輪機供熱抽汽量加大，汽輪機排汽量逐漸減少，排出的余熱量也同步減少，分流去冷卻塔降溫的循環(huán)水流量也逐步減少，電廠循環(huán)水泵補水量消耗的功率隨之減少，節(jié)電效果逐步加大。

在嚴(yán)寒期，當(dāng)汽輪機抽汽量達(dá)到450t/h時，汽輪機排汽余熱量幾乎與熱泵吸收余熱量相當(dāng)，循環(huán)水不需要再分流去冷卻塔降溫，也就不需要電廠循環(huán)水泵補水了。在升壓泵、熱泵、凝汽器之間完全形成閉式循環(huán)，可停止#11機循環(huán)水泵運行。此時只需要用#10機循環(huán)水泵在低速運行狀態(tài)下通過聯(lián)絡(luò)門維持#11機凝汽器入口管道壓力（頂壓）即可，或維持50～100t/h左右的補水量，對應(yīng)電機多耗電9KW，每小時可節(jié)電1030-9=1021KW。

升壓泵與電廠循環(huán)水泵做為一個整體耗電系統(tǒng)，雖然，兩臺升壓泵功率增大到1120KW。但是，它替代了電廠循環(huán)水泵的絕大部分循環(huán)水動力，增加耗電和節(jié)約用電部分抵消，總體增加耗電費用如下。

在寒初寒末期階段，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)約電量，實際每小時只多增加耗電1120-640=480 KW，并且越來越少。在嚴(yán)寒期階段，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)電量，實際每小時只多增加耗電1120-1021=9KW。

初寒末寒期和嚴(yán)寒期分別按照70天/50天計算節(jié)約電量，則整個循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備耗電費用比改造前實際增加電費：

（480×24×70+9×24×50）×0.386=315439.2元。

3.3.3 兩個方案回收余熱量效益分析

方案一選擇14000t/h循環(huán)流量和方案二選擇18000t/h循環(huán)水流量熱泵循環(huán)水系統(tǒng)兩個系統(tǒng)回收余熱收益進(jìn)行計算分析。

根據(jù)前面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對熱泵余熱回收能力的熱力計算，結(jié)果是，如果按照方案二18000t/h熱泵循環(huán)水流量回收余熱，熱泵回收余熱可達(dá)102.4MW，全年回收余熱106.1萬GJ，收入2610.47萬元，而且COP也較高，運行成本降低。而方案一選擇14000t/h熱泵循環(huán)水流量的熱泵回收余熱僅98.4MW， 全年回收余熱102萬GJ，收入2509.2萬元，而且COP也較低，運行成本提高。方案二比方案一多增加2610.47-2509.2=101.27萬元收入，而且COP也較高，效益更好。

4 結(jié)語

經(jīng)過上述循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計研究，我們得到以下幾個方面的成果。

一是方案二打破了傳統(tǒng)的熱泵熱源水系統(tǒng)服從于電廠循環(huán)水流量匹配設(shè)計的常規(guī)設(shè)計方案。當(dāng)時方案爭論的焦點是，電廠循環(huán)水泵低速運行工況只有14000t/h循環(huán)水量，按照18000t/h流量熱源水系統(tǒng)設(shè)計怎么能運行呢？雖然電廠循環(huán)水泵低速運行工況只有14000t/h循環(huán)水量，但是由于熱泵與凝汽器之間設(shè)計有升壓泵，保證了熱泵、升壓泵與凝汽器之間能夠行成獨立的閉式循環(huán)系統(tǒng)，所以熱泵熱源水（循環(huán)水）仍然能夠按照18000t/h流量循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計回收余熱，保證能夠向熱泵提供最大余熱量。電廠低速循環(huán)水泵只起到補水泵的作用。

二是通過將電廠循環(huán)水泵和升壓泵作為整體耗電系統(tǒng)研究，改變?nèi)藗儽砻嫔虾唵握J(rèn)知，方案二設(shè)計兩臺大流量升壓泵比方案一設(shè)計兩臺小流量升壓泵增加電廠廠用電量高的問題，實際投產(chǎn)后證明，方案二的電廠循環(huán)水泵節(jié)電效果比理論分析更好，并且方案二的熱泵從循環(huán)水中回收的余熱收益遠(yuǎn)高于方案一。

三是通過兩塔合一的優(yōu)化設(shè)計方案，很好地解決了北方循環(huán)水余熱回收后的水塔結(jié)凍問題。

通過方案優(yōu)化設(shè)計研究分析報告，最終，工程決策者采納了方案二實施組織設(shè)計。該廠循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)已于2012年1月投入運行，實際運行證明，方案二取得預(yù)期的令人滿意效益。

附圖：“兩塔合一”設(shè)計方案圖endprint

3.3 系統(tǒng)耗電費用測算分析比較

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：（1）電廠循環(huán)泵高速424rpm對應(yīng)電機1500KW功率，計算出低速374rpm時對應(yīng)的功率是1030KW。（2）初寒末寒期，熱網(wǎng)按照11000t/h流量，供回水溫度48/70℃，需熱泵驅(qū)動蒸汽和熱網(wǎng)加熱器蒸汽共286.2t/h，減去廠用輔助蒸汽約25t/h，實際汽輪機排汽量約300t/h，余熱量為201MW。（3）寒初寒末期和嚴(yán)寒期分別按照70天/50天計算節(jié)約電量，上網(wǎng)電價0.386元。（4）供熱價格24.6元/GJ，供暖期為4個月（2880小時）。（5）上網(wǎng)電價是0.386元/kWh。

3.3.1 方案一和方案二兩臺不同流量升壓泵耗電費用比較

方案一：兩臺熱泵440KW升壓泵年耗電費用：880×2880×0.386=978278.4元。

方案二：兩臺熱泵560KW升壓泵年耗電費用：1120×2880×0.386=1245081.6元。

表面上看，方案二比方案一多耗電價格266803.2元。但是，將電廠循環(huán)水泵（低速）和升壓泵作為一個整體耗電系統(tǒng)進(jìn)行全過程分析，卻是不同的結(jié)果。

3.3.2 兩個方案的電廠循環(huán)水泵和升壓泵整體耗電量計算分析

（1）方案一，電廠一臺低速循環(huán)水泵運行，熱泵熱源水選用兩臺流量7200t/h升壓泵運行時，電廠循環(huán)水泵用電分析。

在初寒末寒期階段，依據(jù)上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)2可知，汽輪機排汽余熱量為201MW，可使14000t/h循環(huán)水溫升達(dá)12.4℃，按照熱泵最佳COP熱源水進(jìn)口溫度34℃的要求，即從21.6℃升高到34℃，而熱泵溫降從34℃降低到28.9℃，溫降幅度5.1℃，還需要增加溫降幅度7.3℃，才能將凝汽器入口循環(huán)水溫維持在21.6℃。冷卻水塔降溫能力仍然按照10℃計算，需要9520t/h循環(huán)水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環(huán)水泵補充9520t/h循環(huán)水，消耗功率427KW（14米揚程計算），每小時節(jié)電1030-427=603KW。

在嚴(yán)寒期，當(dāng)汽輪機抽汽量達(dá)到450t/h時，汽輪機排汽余熱量還大于與熱泵吸收余熱量，需要分流送去冷卻塔降溫的循環(huán)水流量2800t/h，需要電廠循環(huán)水泵補充2800t/h水，才能將凝汽器入口循環(huán)水溫維持在21.6℃，因此還需要用#11機循環(huán)水泵繼續(xù)保持低速運行，無法停運。從循環(huán)水泵運行曲線查出，此時電機功率仍為463KW，每小時節(jié)電1030-463=567KW

升壓泵與電廠循環(huán)水泵作為一個整體耗電系統(tǒng)，在寒初寒末期，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)電量，實際每小時多增加耗電880-603=277KW。在嚴(yán)寒期，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)電量，實際每小時多增加耗電880-567=313KW。

寒初寒末期和嚴(yán)寒期分別按照70天/50天計算節(jié)約電量，則整個熱泵循環(huán)水系統(tǒng)水泵耗電費用比改造前實際增加電費：

（277×24×70+313×24×50）×0.386=324610.6元。

（2）方案二，電廠一臺循環(huán)水泵低速運行，熱泵熱源水選用兩臺流量9200t/h升壓泵運行時，電廠循環(huán)水泵用電分析。

首先，在初寒末寒期階段，循環(huán)水補水量消耗水泵功率計算。

初寒末寒期階段，依據(jù)上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（2）可計算出，汽輪機排汽量余熱量為201MW，可使18000t/h循環(huán)水溫升達(dá)9.6℃，按照熱泵最佳COP熱源水進(jìn)口溫度34℃的要求，即從24.4℃升高到34℃，而熱泵循環(huán)水（熱源水）溫降從34℃降低到29.5℃，溫降幅度4.5℃，還需要再溫降5.1℃才能將凝汽器入口循環(huán)水溫維持在24.4℃。冷卻水塔降溫能力按照10℃計算，還需要8742t/h循環(huán)水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環(huán)水泵補充8742t/h循環(huán)水，僅消耗功率390KW（14米揚程計算），每小時節(jié)電1030-390=640KW。此時還需要用#11機循環(huán)水泵繼續(xù)保持低速運行，多余水量通過聯(lián)絡(luò)門打入#10機循環(huán)水系統(tǒng)。有利于提高#10機的真空，降低熱耗。隨著逐漸趨近寒冷，汽輪機供熱抽汽量加大，汽輪機排汽量逐漸減少，排出的余熱量也同步減少，分流去冷卻塔降溫的循環(huán)水流量也逐步減少，電廠循環(huán)水泵補水量消耗的功率隨之減少，節(jié)電效果逐步加大。

在嚴(yán)寒期，當(dāng)汽輪機抽汽量達(dá)到450t/h時，汽輪機排汽余熱量幾乎與熱泵吸收余熱量相當(dāng)，循環(huán)水不需要再分流去冷卻塔降溫，也就不需要電廠循環(huán)水泵補水了。在升壓泵、熱泵、凝汽器之間完全形成閉式循環(huán)，可停止#11機循環(huán)水泵運行。此時只需要用#10機循環(huán)水泵在低速運行狀態(tài)下通過聯(lián)絡(luò)門維持#11機凝汽器入口管道壓力（頂壓）即可，或維持50～100t/h左右的補水量，對應(yīng)電機多耗電9KW，每小時可節(jié)電1030-9=1021KW。

升壓泵與電廠循環(huán)水泵做為一個整體耗電系統(tǒng)，雖然，兩臺升壓泵功率增大到1120KW。但是，它替代了電廠循環(huán)水泵的絕大部分循環(huán)水動力，增加耗電和節(jié)約用電部分抵消，總體增加耗電費用如下。

在寒初寒末期階段，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)約電量，實際每小時只多增加耗電1120-640=480 KW，并且越來越少。在嚴(yán)寒期階段，折扣電廠循環(huán)水泵節(jié)電量，實際每小時只多增加耗電1120-1021=9KW。

初寒末寒期和嚴(yán)寒期分別按照70天/50天計算節(jié)約電量，則整個循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)備耗電費用比改造前實際增加電費：

（480×24×70+9×24×50）×0.386=315439.2元。

3.3.3 兩個方案回收余熱量效益分析

方案一選擇14000t/h循環(huán)流量和方案二選擇18000t/h循環(huán)水流量熱泵循環(huán)水系統(tǒng)兩個系統(tǒng)回收余熱收益進(jìn)行計算分析。

根據(jù)前面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對熱泵余熱回收能力的熱力計算，結(jié)果是，如果按照方案二18000t/h熱泵循環(huán)水流量回收余熱，熱泵回收余熱可達(dá)102.4MW，全年回收余熱106.1萬GJ，收入2610.47萬元，而且COP也較高，運行成本降低。而方案一選擇14000t/h熱泵循環(huán)水流量的熱泵回收余熱僅98.4MW， 全年回收余熱102萬GJ，收入2509.2萬元，而且COP也較低，運行成本提高。方案二比方案一多增加2610.47-2509.2=101.27萬元收入，而且COP也較高，效益更好。

4 結(jié)語

經(jīng)過上述循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計研究，我們得到以下幾個方面的成果。

一是方案二打破了傳統(tǒng)的熱泵熱源水系統(tǒng)服從于電廠循環(huán)水流量匹配設(shè)計的常規(guī)設(shè)計方案。當(dāng)時方案爭論的焦點是，電廠循環(huán)水泵低速運行工況只有14000t/h循環(huán)水量，按照18000t/h流量熱源水系統(tǒng)設(shè)計怎么能運行呢？雖然電廠循環(huán)水泵低速運行工況只有14000t/h循環(huán)水量，但是由于熱泵與凝汽器之間設(shè)計有升壓泵，保證了熱泵、升壓泵與凝汽器之間能夠行成獨立的閉式循環(huán)系統(tǒng)，所以熱泵熱源水（循環(huán)水）仍然能夠按照18000t/h流量循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計回收余熱，保證能夠向熱泵提供最大余熱量。電廠低速循環(huán)水泵只起到補水泵的作用。

二是通過將電廠循環(huán)水泵和升壓泵作為整體耗電系統(tǒng)研究，改變?nèi)藗儽砻嫔虾唵握J(rèn)知，方案二設(shè)計兩臺大流量升壓泵比方案一設(shè)計兩臺小流量升壓泵增加電廠廠用電量高的問題，實際投產(chǎn)后證明，方案二的電廠循環(huán)水泵節(jié)電效果比理論分析更好，并且方案二的熱泵從循環(huán)水中回收的余熱收益遠(yuǎn)高于方案一。

三是通過兩塔合一的優(yōu)化設(shè)計方案，很好地解決了北方循環(huán)水余熱回收后的水塔結(jié)凍問題。

通過方案優(yōu)化設(shè)計研究分析報告，最終，工程決策者采納了方案二實施組織設(shè)計。該廠循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)已于2012年1月投入運行，實際運行證明，方案二取得預(yù)期的令人滿意效益。

附圖：“兩塔合一”設(shè)計方案圖endprint