某電廠2×660MW機組小汽機乏汽余熱回收改造方案分析

唐湘軍 秦廣旭

摘 要：火力發(fā)電廠的冷端損失是電廠熱力系統(tǒng)的最大能量損失，大量的汽輪機凝汽器余熱通過不同的冷卻設備排放至大氣中。電廠在冬季運行工況下，汽輪機排汽冷凝熱損失可占燃料總發(fā)熱量的50～60%。如能將汽輪機冷凝余熱回收用于城市建筑供熱，相當于在不增加電廠容量，不增加大氣污染物排放，耗煤量和發(fā)電量都不變的情況下，擴大了熱源的供熱能力，提高了電廠的綜合能源利用效率，增加了供熱收益。本文以某電廠2×660MW機組的小汽機乏汽余熱回收供熱項目為例，對采用吸收式熱泵機組進行大型發(fā)電機組余熱回收進行了技術(shù)經(jīng)濟分析，為同類改造提供參考。

關(guān)鍵詞：火電廠 ；余熱回收；吸收式熱泵；節(jié)能

1 引言

節(jié)能減排是“十三五”期間我國社會經(jīng)濟實行可持續(xù)發(fā)展的一個重要議題，作為耗能大戶，火電廠的節(jié)能一直是工業(yè)節(jié)能的重點，隨著化石燃料價格的不斷攀升，節(jié)能減排也是電廠自身節(jié)省運營成本，提高經(jīng)濟效益的重要手段。加強余熱回收利用，提高能源利用效率，是節(jié)約能源、保護環(huán)境的有效措施。

而目前火力發(fā)電廠的冷端損失是電廠熱力系統(tǒng)的最大能量損失，大量的汽輪機凝汽器余熱通過不同的冷卻設備排放至大氣中。電廠在冬季運行工況下，汽輪機排汽冷凝熱損失可占燃料總發(fā)熱量的50～60%。如能將汽輪機冷凝余熱回收用于城市建筑供熱，相當于在不增加電廠容量，不增加大氣污染物排放，耗煤量和發(fā)電量都不變的情況下，擴大了熱源的供熱能力，提高了電廠的綜合能源利用效率，增加了供熱收益。具有非常顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益。

2 項目簡介

2.1 電廠概況

某電廠2×660MW機組工程是響應國家“上大壓小”政策，優(yōu)化省電力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、推動節(jié)能減排的重要工程。工程于2013年開工建設，2015年投投入運營。

2.2 項目背景

電廠所在地區(qū)現(xiàn)市區(qū)常住人口約30萬。據(jù)統(tǒng)計，當?shù)噩F(xiàn)有及規(guī)劃建筑面積共計800萬㎡，且以每年約100萬㎡的速度增長，目前城市集中供熱面積僅200萬㎡，城市集中供熱率僅25%。為完善城市功能，改造城市環(huán)境，擬利用電廠新建2×660MW機組作為熱源，解決城市部分居住建筑的供熱問題，但由于該電廠為純凝機組，僅能提供采暖抽汽200t/h，項目設計供熱能力僅260萬㎡，遠不能滿足城市集中供熱需要。迫切希望通過采用新型供熱技術(shù)增加電廠供熱能力，擴大城市集中供熱面積。

3 方案設計

3.1 方案概述

本次設計采用蒸汽驅(qū)動型溴化鋰吸收式熱泵機組，以該電廠兩臺660MW汽輪機提供的0.43MPa.a，257℃蒸汽作為驅(qū)動熱源，回收利用回收一臺汽驅(qū)給水泵的排汽余熱，將供熱一次管網(wǎng)循環(huán)水回水從50℃提升至85℃，再通過原熱網(wǎng)加熱器將熱網(wǎng)水加熱到100℃提供給市政供熱。

3.2 供熱基本參數(shù)

冬季采暖室內(nèi)計算溫度：18℃

冬季采暖室外計算溫度：-3.9℃

冬季采暖室外平均溫度：1.5℃（日平均溫度≤5℃期間內(nèi)的平均溫度）

計算采暖天數(shù)：99天（日平均溫度≤5℃的天數(shù)，11.24～3.02）

供熱一次網(wǎng)供回水設計溫度：95/50℃

平均熱負荷：計算得冬季平均熱負荷是最大計算熱負荷的75.3%。

3.3 采暖熱指標

根據(jù)當?shù)亟ㄖ飮o結(jié)構(gòu)的實際情況及室外氣象條件，依據(jù)《城市熱力網(wǎng)設計規(guī)范》（CJJ34-2002）、《河南省民用建筑節(jié)能設計標準實施細則》（采暖居住建筑DBJ41/041-2005），采暖綜合熱指標為48.5W/m2。

3.4 吸收式熱泵技術(shù)在電廠中的應用

溴化鋰吸收式熱泵以蒸汽為驅(qū)動熱源，溴化鋰溶液為吸收劑，水為制冷劑，利用水在低壓真空狀態(tài)下低沸點沸騰的特性，提取低品位廢熱源中的熱量，通過回收轉(zhuǎn)換制取采暖用或工藝用的高品位熱水，實現(xiàn)低品位余熱的回收利用。根據(jù)驅(qū)動熱源及余熱源的品位，熱泵機組驅(qū)動熱源熱量、回收的低位熱源（余熱）熱量及輸出熱量之比為1： 0.6～0.8：1.6～1.8，即機組制熱效率為1.6～1.8。

汽輪機凝汽器的乏汽余熱原來通過循環(huán)水經(jīng)冷卻塔或其它方式排放到大氣中，造成能量損失和環(huán)境的污染。采用吸收式熱泵技術(shù)，利用電廠采暖抽汽作為驅(qū)動熱源，回收循環(huán)冷卻水余熱，加熱熱網(wǎng)回水，再利用尖峰加熱器加熱到設計供水溫度提供給市政管網(wǎng)供熱。用吸收式熱泵提熱替代冷卻塔散熱，減少了電廠冷端損失，增加了電廠供熱能力，同時也提高了電廠總熱效率。

3.5 設備選型及主要參數(shù)

本項目選用4臺36MW乏汽型溴化鋰吸收熱泵機組，主要參數(shù)如下：

（1）熱泵機組額定工況運行參數(shù)

熱泵機組總供熱量：144.3MW

熱水進出水溫度：50℃/85℃

一次網(wǎng)熱水流量： 3550m3/h

采暖抽汽壓力：0.43MPa.a

采暖抽汽溫度：257℃

熱泵疏水溫度：90℃

熱泵蒸汽用量：117.4t/h

小汽機排汽壓力：10KPa

排汽凝水溫度：45.8℃

回收小汽機排汽余熱量：60MW

（2）二次加熱器額定工況運行參數(shù)

熱網(wǎng)加熱器供熱量：61.8MW

熱網(wǎng)加熱器進出水溫度：85℃/100℃

熱網(wǎng)加熱器疏水溫度：100℃

熱網(wǎng)加熱器蒸汽用量：91.6t/h

3.6 改造后供熱能力分析

本項目選用4臺36MW乏汽型溴化鋰吸收熱泵機組，回收一臺汽驅(qū)給水泵的排汽余熱60MW，單位建筑面積供熱負荷指標按48.5W/m2計算，回收的余熱可以滿足約122.5萬㎡建筑的供熱需求。項目全部完成后，系統(tǒng)的總供熱能力為206.1MW，總供熱面積可達413.6萬㎡（如采用電廠采暖抽汽直接供熱，額定工況下供熱能力約為291萬㎡）。

4 項目經(jīng)濟環(huán)境效益分析

4.1 項目經(jīng)濟效益分析

（1）供熱收益分析。本方案熱泵額定運行工況下可回收循環(huán)水余熱60MW，新鄉(xiāng)冬季采暖供熱時間為99天，熱泵制熱作為基礎負荷，考慮初寒、末寒及給水泵負荷的波動，熱泵運行系數(shù)按0.85計算，故項目完成后，熱泵每年可以回收循環(huán)水余熱量43.6萬GJ。按供熱收費價格42元/GJ計算，每年增加的供熱收益為1830萬元。（2）項目經(jīng)濟性分析。項目預計熱泵設備投資3500萬元，土建及安裝費用2000萬元，其它投資約1200萬元，項目總投資6700萬元。

項目建成后年可回收電廠冷凝余熱43.6萬GJ，年余熱供熱收益1830萬元，項目各項運行費用總計約230萬元/年，毛利潤為1600萬元/年，項目靜態(tài)投資回收期約4.2年。

4.2 項目環(huán)境效益分析

按每吉焦供熱量折標準煤0.03412噸計算，折合節(jié)約標準煤1.49萬噸/年。

5 總結(jié)建議

綜上，本項目采用吸收式熱泵回收電廠小汽機乏汽冷凝余熱，可提高電廠能源利用效率，增加電廠集中供熱能力，節(jié)能減排的同時可解決城市供熱的民生問題，項目符合國家鼓勵政策。因此，該電廠冷凝余熱回收集中供熱工程技術(shù)可行，經(jīng)濟效益可觀，環(huán)境和社會效益顯著，建議實施并推廣。

參考文獻：

[1] 張世鋼，付林，李世一，王凌云，羅勇，江億.赤峰市基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱示范工程[J]. 暖通空調(diào).2010（11）.

[2] 王長河，陳光，王寶玉.基于吸收式熱泵的大型火電廠冷凝廢熱回收技術(shù)研究[J]. 制冷空調(diào)與電力機械.2011（4）.

[3] 李浩，李澤敏.吸收式熱泵循環(huán)水余熱回收方案在300MW機組的應用[J].科技視界.2012（24）.