電廠循環(huán)冷卻水廢熱利用

翟曉敏 邵愛華 顧海軍 侯薇

(中機(jī)國能電力工程有限公司,上海 200061)

電廠循環(huán)冷卻水廢熱利用

翟曉敏 邵愛華 顧海軍 侯薇

(中機(jī)國能電力工程有限公司,上海 200061)

介紹了在撫順熱電廠方案設(shè)計階段,為了滿足該工程在冬季采暖期大面積的熱負(fù)荷需求,擬采用循環(huán)冷卻水作為低位熱源、利用熱泵技術(shù)升溫后供熱的一種城市集中供熱的新形式。通過系統(tǒng)的擬定、詳細(xì)的計算、理論數(shù)據(jù)的分析,對采用該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性以及將會給電廠帶來的節(jié)能效益和環(huán)保效益與傳統(tǒng)方式的供熱進(jìn)行比較,從而得出利用循環(huán)冷卻水廢熱供熱的技術(shù)在本工程上的應(yīng)用優(yōu)勢。

循環(huán)水廢熱利用 采暖供熱 節(jié)能 環(huán)保

自改革開放以來，中國經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，但與此同時我們也不得不面對這樣一個現(xiàn)實，當(dāng)下中國經(jīng)濟(jì)成果的取得一定程度上是以犧牲不可再生資源及環(huán)境的污染為代價換來的，由此產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性問題?！肮?jié)能減排”政策方針正是基于我國目前所面臨的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展因素、環(huán)境因素、國際政治因素而制定，是一項利國利民的政策。

目前我國大部分熱電廠普遍采用大容量的抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，即使在冬季最大供熱工況下，也會有占電廠總能耗近五分之一的熱量由循環(huán)水(一般通過冷卻塔)排放到環(huán)境。如果利用熱泵節(jié)能技術(shù)將這些余熱加以利用，回收汽輪機(jī)的排汽冷凝熱，用以給城市采暖水加熱，提供生活區(qū)的供暖。從而實現(xiàn)廢熱利用，達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo)。

表1 老虎臺礦原煤和東露天礦油頁巖的混合燃料的煤質(zhì)資料

1 工程概況

撫順熱電廠是在撫順市建設(shè)的熱電聯(lián)產(chǎn)項目。本工程總裝機(jī)容量擬為2×1025t/h循環(huán)流化床鍋爐+2×300MW抽凝發(fā)電機(jī)組。

本工程為撫順市西部地區(qū)集中采暖提供熱源。

根據(jù)撫順市建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特點及撫順市氣象條件，參照《城市熱力管網(wǎng)設(shè)計規(guī)范》推薦的各類建筑物采暖熱指標(biāo)及《撫順市城市總體規(guī)劃修編(2010～2020)》確定采暖熱指標(biāo)：

現(xiàn)有建筑采暖熱指標(biāo)：56W/m2；新增建筑采暖熱指標(biāo)：45W/m2。

本期工程采暖面積為：1800×104m2?，F(xiàn)有建筑面積1150× 104m2。采暖熱指標(biāo)：56W/m2，采暖熱負(fù)荷為：644MW；新增建筑面積650×104m2。采暖熱指標(biāo)：45W/m2。采暖熱負(fù)荷為：292.5MW，采暖總負(fù)荷為：936.5MW。

本工程設(shè)計煤種為老虎臺礦原煤和東露天礦油頁巖的混合燃料，其中原煤比例為78%，油頁巖比例為22%。校核煤種為老虎臺原煤和油頁巖的混合燃料，其中原煤比例為71%，油頁巖比例為29%。

1.1 供熱系統(tǒng)

本工程供回水溫度為110/60℃，熱電廠采用三環(huán)制供熱方式，在電廠首站內(nèi)#1、#2機(jī)組用0.981MPa，345.6℃蒸汽沿程損失至0.8829MPa、340℃，通過熱泵機(jī)組和汽水換熱器串聯(lián)運行方式將60℃外熱網(wǎng)回水加熱到110℃后外供市區(qū)采暖。外熱網(wǎng)高溫水通過各換熱站將用戶50℃采暖回水加熱到70℃，再送到采暖用戶。三環(huán)網(wǎng)供熱示意見圖1。

圖1

本工程為有效回收利用冷凝熱余熱，擬采用某熱泵廠家的10臺溴化鋰吸收式熱泵，提取循環(huán)水中的冷凝熱，減少冷卻塔耗水量，節(jié)能降耗。電廠循環(huán)水與目前常用的熱泵熱源相比，具有熱量巨大、溫度適中而穩(wěn)定、水質(zhì)好、安全環(huán)保等優(yōu)點，是一種優(yōu)質(zhì)的熱泵低位熱源。以電廠循環(huán)水作為熱泵低位熱源進(jìn)行供熱，可以方便靈活的實現(xiàn)供熱量與用戶需求之間的“質(zhì)”與“量”的匹配，也不會對發(fā)電廠原熱力系統(tǒng)產(chǎn)生較大影響。因此對于大型機(jī)組來說，采用熱泵技術(shù)是回收利用電廠循環(huán)水余熱進(jìn)行供熱的一種較為理想的方式。而溴化鋰的應(yīng)用類似于熱聲效應(yīng)的應(yīng)用，其制熱設(shè)備特點也類似于熱聲發(fā)動機(jī)，如無運動部件、運行時基本無噪聲和震動、環(huán)保、易于維護(hù)、運轉(zhuǎn)可靠安全等，都開創(chuàng)了節(jié)能降耗的新途徑。

1.2 供熱系統(tǒng)計算

本工程采用的吸收式熱泵依靠部分的汽輪機(jī)抽汽驅(qū)動，回收28.5℃～38.5℃的余熱，升溫成60℃以上的高品質(zhì)熱源。其能效比率(COP)根據(jù)熱泵廠提供的資料，暫按1.67，即用驅(qū)動抽汽為1的熱功率可以吸收0.67的廢熱功率，從而產(chǎn)生1.67的供熱效率。

本工程裝機(jī)容量為兩臺300MW亞臨界抽凝機(jī)組，按照本工程的設(shè)計熱負(fù)荷情況，每臺汽輪機(jī)的最大抽汽量為550t/h，除去各種自用汽約20～30t/h，實際供熱用抽汽量約為520～530t/h。采暖期的冷卻塔循環(huán)冷卻水流量最大為19500t/h，溫度為28.5℃～38.5℃(熱泵廠家根據(jù)熱網(wǎng)回水溫度60℃確定)；溴化鋰吸收式熱泵可將熱網(wǎng)首站供熱回水從60℃加熱到82℃(熱泵廠家提供經(jīng)驗數(shù)值)，再由汽水換熱器加熱至要求的熱網(wǎng)出水溫度110℃。

根據(jù)現(xiàn)有汽水條件，先列出焓值表，見表3-1。

本工程采暖期的最大循環(huán)冷卻水量為19500t/h，溫度為28.5℃～38.5℃，根據(jù)焓值表，計算得熱功率最大為：(161.41-119.62)×19500 ÷3600=226.36MW。

本工程采暖總負(fù)荷為936.5MW，折合成參數(shù)110℃放熱至60℃的熱網(wǎng)水水量，計算如下：Q=936.5×3600÷(461.44-251.15) =16032.4t/h。(注：1kWh=3600kJ)故單臺機(jī)組的熱網(wǎng)水量為8016.2t/h。

本工程的熱網(wǎng)系統(tǒng)流程是將熱網(wǎng)首站供熱回水用溴化鋰吸收式熱泵從60℃加熱到82℃，然后再用汽水換熱器繼續(xù)從82℃加熱到熱網(wǎng)出水溫度110℃。由理論得出，在加熱溫度范圍一定及循環(huán)冷卻水水量足夠的前提下，熱網(wǎng)系統(tǒng)供熱水流量越大，所能吸收的廢熱越多，從實際來說，設(shè)計熱負(fù)荷已確定，則熱網(wǎng)水流量也就確定，必須滿足此供熱需求，所以按吸收式熱泵在熱網(wǎng)最大供熱流量8016.2t/h時進(jìn)行測算是較為合理的。

表4-1 污染物排放表

圖3-2 供熱系統(tǒng)流程圖

如圖3-2所示，以下為單臺機(jī)組熱量轉(zhuǎn)換的計算。設(shè)汽輪機(jī)抽汽量pt/h，吸收式熱泵所需驅(qū)動蒸汽流量為xt/h，熱泵冷凝水為103.6℃，熱泵的COP為1.67；汽水換熱器熱源蒸汽流量為yt/h，換熱器冷凝水為125℃；循環(huán)冷卻水流量為zt/h，吸收冷凝廢熱為rMW，相當(dāng)于增加供熱面積s萬m2，(采暖熱指標(biāo)取平均值50W/ m2)抽汽轉(zhuǎn)化為熱效率為99%，0.981MPa，345.6℃的抽汽，考慮到抽汽的沿程損失，進(jìn)供熱系統(tǒng)的蒸汽參數(shù)為0.8829MPa，340℃。

由此可見，如需達(dá)到工程要求的熱負(fù)荷936.5MW(兩臺機(jī)組)，即單臺機(jī)組制熱量為468.25MW，則單臺汽輪機(jī)的抽汽量為531t/h，小于汽輪機(jī)最大抽汽量550t/h，滿足汽輪機(jī)運行工況，可以實現(xiàn)。熱泵所需驅(qū)動蒸汽量為165.24t/h，制熱量為205.28MW；汽水換熱器熱源蒸汽量為365.77t/h，制熱量262.97MW，循環(huán)冷卻水量為7094.54t/h，可用廢熱82.36MW，本期工程共兩臺機(jī)組，可用總廢熱為164.72MW，本工程循環(huán)冷卻水總的廢熱為226.36MW，廢熱利用率達(dá)72.77%，相當(dāng)于增加供熱面積329.4萬m2。

2 循環(huán)水供熱節(jié)能環(huán)保分析

以本工程現(xiàn)有循環(huán)水余熱量理論值為計算依據(jù)，采暖期供熱小時數(shù)為3624h，鍋爐效率為90%，年回收循環(huán)水余熱約214.9萬GJ，年可減少的循環(huán)冷卻水蒸發(fā)損失約5142萬噸，消耗蒸汽量為119.76萬噸，按本工程的循環(huán)水余熱利用量，相對于燃煤鍋爐，每年可以節(jié)約燃煤16.36萬噸，折合標(biāo)煤8.14萬噸。

我們通過對比各種污染物的排放量來評價不同供熱采暖方式的環(huán)保效益。主要的污染物有煙塵、SOx、NOx。循環(huán)水廢熱供熱方案中消耗的蒸汽屬于電廠原供熱能力的一部分，因此也不會額外增加當(dāng)?shù)氐奈廴疚锱欧?。根?jù)年供熱耗能量，可計算得到因采暖而造成的污染物排放總量見表4-1。

由表中數(shù)據(jù)可以看出，相對于燃煤鍋爐房，本工程每年將減少SOx排放78.56噸，減少NOx排放84.78噸，減少煙塵排放12.86噸。另外因熱泵對循環(huán)水的冷卻作用可減小冷卻塔負(fù)荷，每年可減少電廠循環(huán)冷卻水蒸發(fā)損失5142萬噸，弱化了循環(huán)水熱濕排放對電廠周邊環(huán)境的影響，因此該技術(shù)推廣后的環(huán)境效益非常顯著。

3 結(jié)語

本工程所采用的利用循環(huán)冷卻水廢熱供熱的技術(shù)，技術(shù)先進(jìn)，節(jié)能環(huán)保效益突出，對于本工程的設(shè)計條件更有著應(yīng)用上的優(yōu)勢，且完全符合當(dāng)前國家關(guān)于節(jié)能減排的方針政策，同時滿足國內(nèi)當(dāng)前對“清潔高效”能源的迫切需求，能有效的緩解突出的供熱能源供需矛盾，既節(jié)約了能源又能滿足撫順市西部地區(qū)的熱負(fù)荷要求。

[1]吳星,付林,胡鵬.以電廠循環(huán)水為低位熱源的城市供熱技術(shù)研究與應(yīng)用.

[2]石華林,楊春維.溴化鋰熱泵運行方式經(jīng)濟(jì)性分析.煤礦機(jī)電,2010. 4.