300MW機組循環(huán)水余熱利用吸收式熱泵技術(shù)

300MW機組循環(huán)水余熱利用吸收式熱泵技術(shù)田愛(ài)兵1馮愛(ài)華2 王彥海11河北建投國融能源服務(wù)股份有限公司河北050051 ; 2石家莊理工職業(yè)學(xué)院河北050228摘要:采用吸收式熱泵技術(shù)回收熱電廠(chǎng)中排往大氣中的凝結水余熱供熱技術(shù)，可以實(shí)現能源的高效利用，在提供熱量的同時(shí)，無(wú)需消耗新的能源，相比常規供熱方案節約了大量能源，不產(chǎn)生溫室氣體CO2，又減少了煙塵、SO2和NOx等污染物的排放，具有非常明顯的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會(huì )效益。關(guān)鍵詞:電廠(chǎng)余熱;節能減排;熱泵;采暖中圖分類(lèi)號: TE08文獻標識碼: A引言:目前熱力發(fā)電廠(chǎng)的循環(huán)水攜帶巨大的低溫余熱從冷卻水塔排放到大氣中，并攜帶大量的水蒸汽一同損失掉。如果能夠回收利用，電廠(chǎng)在不增加煤耗的情況下可增加20%~25%的熱量既可以用來(lái)發(fā)電，也可以擴大供熱面積。但由于這部分余熱品味很低無(wú)法直接利用。吸收式熱泵技術(shù)的發(fā)展為低溫余熱回收創(chuàng )造了有利條件。.余熱利用的背景和需求河北省某發(fā)電廠(chǎng)裝機容量為2X300MW抽汽供熱機組，每臺機組循環(huán)水系統配有兩臺流量為17640t/h循環(huán)水泵，采暖季時(shí)每臺機組保持一臺循環(huán)水泵運行，循環(huán)水量約為18000t/h,凝汽器循環(huán)水進(jìn)出口溫度般在24/35C.上下。原熱網(wǎng)設計供熱面積為1400萬(wàn)m?，設計熱網(wǎng)額定供水量為11000 t/h，設計供水溫度130°C，設計回水溫度70°C。2010年冬季實(shí)際供暖面積已達近1100萬(wàn)m?，最大供水量為8370th,供水溫度一般在100~116°C，回水溫度一般在48~ 63 C范圍內變化，供水壓力≤1.3MPa，回水壓力為0.25MPa。電廠(chǎng)供熱汽源為汽輪機5段抽汽，供汽壓力0.145~0.5MPa可調整，額定供熱量410 th。2010年兩臺機用于熱網(wǎng)最大總供熱抽汽量為730th。由于冬季廠(chǎng)內輔助設施用汽量也較大，實(shí)際5段抽汽抽汽壓力時(shí)常出現低于0.2MPa現象。由此可見(jiàn)，兩臺2X300MW機組的供熱汽源已經(jīng)達到甚至超出額定抽汽量，已經(jīng)出現不能滿(mǎn)足未來(lái)的供暖需求情況。電廠(chǎng)在城區外，距離熱負荷中心約10公里，限于既有分支供熱管網(wǎng)改造難度大和熱力站基本滿(mǎn)負荷的原因，末端用戶(hù)已出現了部分用戶(hù)供熱不達標的情況，不得不采取在末端熱力站加設一次網(wǎng) 管道泵來(lái)提高流量，造成新增用戶(hù)供熱入網(wǎng)的難度較大，供熱需求難以滿(mǎn)足，為了解決熱源不足的問(wèn)題，技術(shù)人員選擇了吸收式熱泵技術(shù)提取機組循環(huán)水中的余熱，可以實(shí)現能源的高效利用，既緩解城市采暖供熱用能的矛盾，又響應國家節能減排的政策方針，為城市環(huán)境增添一份綠色。二、余熱利用技術(shù)方案實(shí)施1、吸收式熱泵應用原理吸收式熱泵(即增熱型熱泵)，通常簡(jiǎn)稱(chēng)AHP(absorption heat pump)，它以蒸汽、熱水為驅動(dòng)熱源，把低溫熱源的熱量提取到高溫熱源中去，從而提高了能源的利用效率。吸收式熱泵應用原理是在首站內設置蒸汽型吸收式熱泵。見(jiàn)示意圖1，以汽輪機抽汽為驅動(dòng)能源Q1,驅動(dòng)機內溴化鋰溶劑循環(huán)做功，產(chǎn)生制冷效應，回收循環(huán)水中的余熱Q2，加熱熱網(wǎng)回水。熱網(wǎng)得到的有用熱量(熱網(wǎng)供熱量)為消耗的蒸汽熱量與回收的循環(huán)水余熱量之和Q1+Q2。i熱)Q吸收式熱泵Q2低溫熱源Q1+Q2電廠(chǎng)循環(huán)水f中溫熱源-次熱網(wǎng)水圖1吸收式熱泵回收余熱示意圖2、蒸汽吸收式熱泵選型.按照機組額定供熱抽汽量410 th,抽汽壓力0.25MPa，減去廠(chǎng)用輔助蒸汽用汽量，汽輪機排往凝汽器的排汽余熱仍然有大約120MW左右。結合電廠(chǎng)未來(lái)供熱發(fā)展實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)對熱網(wǎng)水流量、供回水溫度、熱網(wǎng)循環(huán)泵入口汽蝕余量、運行成本、投資收益率等綜合因素考慮，尤其核算熱網(wǎng)熱容量吸納能力，對各種選型方案進(jìn)行技術(shù)和經(jīng)濟比較，選擇吸收余熱為11.37MW的熱泵9臺。熱泵工作參數，熱網(wǎng)水流量按照11000t/h，回水溫度按照55°C。循環(huán)水(熱源水)流量按照單臺循環(huán)水泵工作略大于設計流量選取18000th，循環(huán)水(熱源水)溫度按照34°C，考忠回收余熱可替換出五段抽汽量154t/h。3、熱泵循環(huán)水管道連接方案在#1機凝汽器循環(huán)水出口母管管道上安裝- - 個(gè)截斷閥，在截斷閥前引出一條管道， 將循環(huán)水引至熱泵，熱泵的循環(huán)水放熱后，分支成兩條管道，-條管道安裝升壓泵返回到截斷閥后循環(huán)水母管內，循環(huán)水最終流向冷卻水塔。另-條分支管道引到防凍管閥門(mén)后，當機組供熱達到額定供熱抽汽量時(shí)，汽輪機排汽熱量基本與熱泵回收的熱量相當，循環(huán)水降溫幅度等于在凝汽器的溫升幅度，回水溫度能夠滿(mǎn)足機組凝汽器冷卻需要，可將循環(huán)水通過(guò)防凍管直接排至水塔水池內，通過(guò)電廠(chǎng)循環(huán)水泵再輸送到凝汽器，完成冷卻水的循環(huán)流程。當機組供熱未達到額定供熱抽汽量時(shí)，汽輪機排汽熱量大于熱泵回收的熱量，循環(huán)水在熱泵內的降溫幅度小于在凝汽器的溫升幅度，熱泵循環(huán)水回水溫度較高，不能滿(mǎn)足機組凝汽器冷卻需要，可將一-部分循環(huán)水通過(guò)升壓泵輸送至冷卻塔上部淋水層進(jìn)行冷卻降溫，這樣可以減小循環(huán)水升壓泵的功耗。經(jīng)過(guò)測算，從供暖初期抽汽量和汽輪機排汽量計算，需要將55%循環(huán)水送上冷卻水塔淋水層冷卻降溫?？紤]熱泵水阻和濾網(wǎng)、閥門(mén)管道阻力，需要安裝兩臺流量5000t/h的循環(huán)水升壓泵，軸功率200KW。4、熱力平衡情況分析兩臺機組限定在額定供汽量時(shí)，改造前后熱力平衡情況分析，如果 熱網(wǎng)水流量達到11000th，回水溫度55"C情況下，兩臺機組額定抽汽量820t/h加熱熱網(wǎng)，只能供出97.4'C的水。改造增加的循環(huán)水余熱回收系統后，同樣820t/h蒸汽加熱熱網(wǎng)，可供出105.5"C，提高8.1°C， 相當于額外增加五段抽汽量154t/h,這部分熱量就是來(lái)自與循環(huán)水。5、全程自動(dòng)化監控本方案為集中監視控制，整個(gè)循環(huán)水余熱回收利用系統在余熱利用控制室內實(shí)現集中監控。在少量人員巡回檢查及配合下，在控制室內通過(guò)人機接口界面，實(shí)現各個(gè)設備的正常啟停、運行工況的監視和調整及設備在異常工況下的緊急處理。本控制系統按照系統的操作量，設置了一臺操作員站和--臺工程師站，操作員站具備監視系統內每一一個(gè)模擬量和數字量、顯示并確認報警、顯示操作指導、建立趨勢畫(huà)面并獲得趨勢信息、打印報表、操作和控制設備、自動(dòng)和手動(dòng)控制方式的選擇、調整過(guò)程設定值和偏置等功能;工程站除具備操作員站的基本功能外，還具備用于程序開(kāi)發(fā)、系統診斷、控制系統組態(tài)、數據庫和畫(huà)面的編輯及修改等功能。6、節能減排效果用熱泵回收循環(huán)冷卻水余熱進(jìn)行供暖，在提供熱量的同時(shí)，無(wú)需消耗新的能源，相比常規供熱方案節約了大量能源，減少了煙塵、SO2和NOx等污染物的排放，不產(chǎn)生溫室氣體CO2，同時(shí)又減少了煤、灰渣在裝卸、運輸、貯存過(guò)程中對環(huán)境、交通及占地的影響，使城市環(huán)境空氣質(zhì)量得到改善，具有非常明顯的環(huán)境效益。三、余熱回收系統經(jīng)濟性分析本循環(huán)水余熱回收系統回收余熱為102 .4MW,相當于106.2 萬(wàn)GJ/年，按照供暖指標50W/m'，可增加供熱面積204.8萬(wàn)平方米。年節約標準煤40255噸，年減排CO2 10.55 萬(wàn)噸，年減排SO2 1424噸，年節水48.47萬(wàn)噸。按照熱價(jià) 24.6元/GJ,全年收入為2612.5萬(wàn)元。余熱系統耗電量每小時(shí)不大于1000kw，全年耗電量成本111萬(wàn)元。年節水收益82萬(wàn)元。結束語(yǔ):熱電廠(chǎng)循環(huán)水余熱利用吸收式熱泵提取技術(shù)投運之后極大的解決了電廠(chǎng)供熱熱源不足的問(wèn)題，為采暖居民提供了良好的居住環(huán)境，為城市節能減排做出一份貢獻，為新技術(shù)的推廣利用起到很好的示范作用，極大的響應了國家提倡“節 能減排降耗”政策。參考文獻:[1]馬最良.熱泵技術(shù)應用理論基礎與實(shí)踐.中國建筑工業(yè)出版社2010.[2]陳東熱泵技術(shù)手冊.化學(xué)工業(yè)出版社2012.[3]王汝武.電廠(chǎng)節能減排技術(shù).化學(xué)工業(yè)出版社.2008.