300MW供熱機(jī)組循環(huán)水余熱供熱技術(shù)初探

華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠 鄭志權(quán) 崔野 楊帆

哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院 李忠

0 引言

近年來，隨著社會(huì)的日益發(fā)展與進(jìn)步，國家對(duì)資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)、能源的綜合利用等方面的要求逐步提高。《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》提出了“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20%左右，主要污染物排放總量減少10%的約束性指標(biāo)。這是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的必然選擇；是推進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變?cè)鲩L方式的必由之路；是提高人民生活質(zhì)量，維護(hù)中華民族長遠(yuǎn)利益的必然要求。

因此，華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠結(jié)合可利用的余熱情況和集中供熱需求，提出了回收凝汽器循環(huán)冷卻水余熱制取集中供熱采暖熱水，以求解決越來越突出的節(jié)能降耗矛盾，促進(jìn)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1 蒸汽型吸收式熱泵技術(shù)介紹

吸收式熱泵全稱為第一類溴化鋰吸收式熱泵，它是在高溫?zé)嵩矗ㄕ羝?、熱水、燃?xì)?、燃油、高溫?zé)煔獾龋?qū)動(dòng)的條件下，提取低溫?zé)嵩矗ǖ責(zé)崴?、冷卻循環(huán)水、城市廢水等）的熱能，輸出中溫的工藝或采暖熱水的一種技術(shù)。它具有安全、節(jié)能、環(huán)保效益，符合國家有關(guān)能源利用方面的產(chǎn)業(yè)政策，是國家重點(diǎn)推廣的高新技術(shù)之一。

吸收式熱泵的能效比COP值——即獲得的工藝或采暖用熱媒熱量與為了維持機(jī)組運(yùn)行而需加入的高溫驅(qū)動(dòng)熱源熱量的比值，按工況的不同可達(dá)1.7～2.4。而常規(guī)直接加熱方式的熱效率一般按90%計(jì)算，即COP值為0.9。采用吸收式熱泵替代常規(guī)直接加熱方式節(jié)能效果顯著。

蒸汽型溴化鋰吸收式熱泵運(yùn)行原理流程圖如圖1所示。

圖1 熱泵運(yùn)行原理流程圖

它是以蒸汽為驅(qū)動(dòng)熱源，溴化鋰濃溶液為吸收劑，水為蒸發(fā)劑，利用水在低壓真空狀態(tài)下低沸點(diǎn)沸騰的特性，提取低位余熱源的熱量，通過吸收劑回收熱量并轉(zhuǎn)換制取工藝性或采暖用的熱水。熱泵機(jī)組是由取熱器、濃縮器、一次加熱器及二次加熱器和高低溫?zé)峤粨Q器所組成的熱交換器的組合體，另外包括蒸汽調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及先進(jìn)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2 循環(huán)水余熱回收利用裝機(jī)方案

由于第一類吸收式溴化鋰熱泵技術(shù)需要以蒸汽作為熱泵的驅(qū)動(dòng)汽源，其蒸汽需要從本機(jī)組抽取，另外能夠從循環(huán)水中提取熱量與循環(huán)水在凝汽器出口的溫度有著直接的關(guān)系，因此為滿足將循環(huán)水中的熱量全部提取出來同時(shí)還要滿足機(jī)組對(duì)外供熱的條件時(shí)，其抽汽量與低壓缸排汽量還有循環(huán)水量之間存在著相匹配的關(guān)系。

原300MW供熱機(jī)組熱網(wǎng)循環(huán)水供/回水設(shè)計(jì)溫度為120℃/70℃，但由于電廠供熱的熱力公司達(dá)爾凱公司范圍內(nèi)的熱網(wǎng)管線比較老化，不能承受熱網(wǎng)循環(huán)水的設(shè)計(jì)溫度，根據(jù)華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠提供的電廠供熱質(zhì)調(diào)節(jié)曲線（見圖2），熱網(wǎng)的供回水溫度在室外氣溫為－26℃時(shí)分別為95℃和60℃。其他時(shí)間均低于此溫度，考慮到本項(xiàng)目的熱泵在基礎(chǔ)熱負(fù)荷下工作，因此將熱網(wǎng)循環(huán)水在熱泵的進(jìn)口和出口的溫度設(shè)定為60℃和90℃作為熱泵工作的最大工況，當(dāng)熱泵工作在循環(huán)水進(jìn)出凝汽器不同溫度的工況時(shí)，熱泵出口溫度將會(huì)低90℃，在室外氣溫最低的一段時(shí)間，可以通過尖峰加熱器調(diào)整熱網(wǎng)循環(huán)水供水溫度達(dá)到90℃。

經(jīng)過對(duì)華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠近期熱負(fù)荷以及目前機(jī)組所連接熱網(wǎng)的分析，初步選取其額定抽汽工況的340t/h抽汽作為熱泵選型的方案，即在抽汽量為340t/h到機(jī)組的最大抽汽量520t/h之間，在主汽進(jìn)汽量為額定時(shí)，找到一個(gè)平衡點(diǎn)，即在此點(diǎn)與汽輪機(jī)最大抽汽量之間運(yùn)行時(shí)，機(jī)組的凝汽器循環(huán)水的余熱可以全部回收利用，在其他工況可以通過調(diào)整主蒸汽的進(jìn)汽量或循環(huán)水補(bǔ)水量等措施滿足機(jī)組和熱泵安全、平穩(wěn)的運(yùn)行，保證供熱的需求。

再考慮滿足低壓缸最少進(jìn)汽量并留有余量即低壓缸進(jìn)汽量不變時(shí)，循環(huán)水余熱全部回收為作為熱泵選型的另一個(gè)方案。通過比較選出兩種大方案中的最優(yōu)方案，經(jīng)再次比較，最終得出熱泵選型的推薦方案。綜上所述，華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠300MW供熱機(jī)組利用循環(huán)水余熱供熱技術(shù)研究項(xiàng)目采用8臺(tái)38.38MW的熱泵方案。

圖2 佳木斯熱電廠供暖質(zhì)條曲線

3 熱泵驅(qū)動(dòng)汽源壓力的匹配

熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目的運(yùn)行原則是“以熱定電”，為保證機(jī)組供熱安全可靠，機(jī)組應(yīng)在滿足供熱的前提下運(yùn)行，同時(shí)熱泵的驅(qū)動(dòng)汽源和低溫?zé)嵩淳袀溆?，因此雖然熱泵驅(qū)動(dòng)汽源的壓力對(duì)熱泵熱網(wǎng)循環(huán)水出口的溫度影響較大，但是機(jī)組在采暖期應(yīng)可以保證熱泵要求的驅(qū)動(dòng)汽源壓力。圖3為熱泵根據(jù)熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)出口溫度不同所需要的驅(qū)動(dòng)汽源壓力曲線。結(jié)合圖1和圖3可以看出，熱泵在不同負(fù)荷時(shí)，驅(qū)動(dòng)汽源壓力也不同，而機(jī)組五段抽汽為壓力可調(diào)整抽汽，在額定工況下可以滿足熱泵在最大工況時(shí)汽源的壓力需求，在熱泵驅(qū)動(dòng)汽源壓力要求并不高時(shí)，可以通過機(jī)組抽汽的壓力調(diào)整滿足熱泵的需求。當(dāng)機(jī)組降負(fù)荷到不能滿足熱泵驅(qū)動(dòng)汽源壓力時(shí)，可以切換到備用汽源。

4 供熱可靠性

由于利用循環(huán)水作為第一類溴化鋰吸收式熱泵的低溫?zé)嵩?，汽輪機(jī)的五段抽汽為第一類溴化鋰吸收式熱泵的驅(qū)動(dòng)汽源，為提高項(xiàng)目實(shí)施的可靠性，無論是作為驅(qū)動(dòng)汽源的五段抽汽還是作為低溫?zé)嵩吹难h(huán)水，均與1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組相連，兩臺(tái)機(jī)組互為備用。華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠兩臺(tái)機(jī)組理論上可供約1500×104m2的供熱面積，但由于熱網(wǎng)中沒有尖峰鍋爐房，為保證電廠的供熱可靠性，目前電廠只能承擔(dān)936×104m2的供熱面積，相當(dāng)于熱網(wǎng)的65%負(fù)荷。當(dāng)本項(xiàng)目投入運(yùn)行后，在保證供熱可靠性能夠達(dá)到65%時(shí)至少可以增加到1110×104m2的供熱面積，因此本300MW供熱機(jī)組利用循環(huán)水余熱供熱技術(shù)研究項(xiàng)目的實(shí)施，提高了華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠的供熱可靠性。

圖3 驅(qū)動(dòng)汽源壓力曲線

5 結(jié)束語

當(dāng)今全球范圍內(nèi)，能源的供需矛盾日益突出，環(huán)境污染已經(jīng)威脅人類的生存，倡導(dǎo)環(huán)境、能源、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)代迫在眉睫需要解決的戰(zhàn)略問題， 各國都日益重視可再生能源的開發(fā)與利用。華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠作是一座為當(dāng)?shù)靥峁┲饕娏凸岬碾姀S，如何節(jié)能高效地提供電力和供熱，也是電廠需要考慮的問題之一。本項(xiàng)目采用成熟的吸收式熱泵節(jié)能技術(shù)，回收利用電廠循環(huán)冷卻的低溫?zé)崮?，通過熱能轉(zhuǎn)換提供生活區(qū)采暖，在不增加發(fā)電煤耗，不影響發(fā)電量的情況下，增加了電廠的供熱能力，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

本項(xiàng)目為利用余熱供熱項(xiàng)目，采用吸收式溴化鋰熱泵，回收利用汽輪機(jī)排汽冷凝低溫余熱，將熱能轉(zhuǎn)移到集中供熱網(wǎng)。初步估算，可增加電廠對(duì)外供熱能力130.59MW，相當(dāng)于電廠每年可節(jié)約7.05×104t標(biāo)準(zhǔn)煤，并可減排相應(yīng)的大氣污染物和粉煤灰，具有良好的節(jié)能減排效益。

[1]楊武.淺析電力系統(tǒng)的構(gòu)建[J].科技創(chuàng)業(yè)家,2011（12）.

[2]陳劍鋒.電力工程的施工流程管理事項(xiàng)探討[J].科技創(chuàng)業(yè)家, 2011（12）.