周崇波， 郭 棟， 任懷民， 王曉霞

（1.華電電力科學(xué)研究院，浙江杭州3100 30；2.杭州華電能源工程有限公司，浙江杭州3100 30；3.華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠，黑龍江佳木斯1540 00）

0 引言

近年來，熱泵技術(shù)應(yīng)用于火電廠循環(huán)水余熱利用節(jié)能改造方興未艾，該技術(shù)即利用大型吸收式熱泵機組將火電廠原向外散失的循環(huán)冷卻水余熱回收，并用于市政供熱[1]，從2009年至今，類似節(jié)能改造項目先后在內(nèi)蒙古、新疆、黑龍江、山西等地區(qū)投產(chǎn)運營并取得了良好效果[2～4]，而且這些節(jié)能改造項目往往按照目前興起的合同能源管理模式進行建設(shè)、運營，即由節(jié)能服務(wù)公司統(tǒng)一完成整個節(jié)能改造過程，其投資回收及合理利潤由產(chǎn)生的節(jié)能效益來支付[5]，所以節(jié)能效益測算結(jié)果是合同能源管理項目確認項目收益的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，事關(guān)重大。本文針對某電廠300 MW機組循環(huán)水余熱回收利用項目，探討分析供熱需求在超出現(xiàn)有熱源供熱能力與未超出現(xiàn)有熱源供熱能力兩種情況下的節(jié)能測算方法，并根據(jù)某電廠300 MW機組余熱利用項目的實際情況，詳細分析其節(jié)能效益，為火電廠循環(huán)水余熱利用項目，特別是300 MW等級機組的節(jié)能效益測算提供參考。

1 供熱需求超出現(xiàn)有熱源供熱能力時的節(jié)能測算

若供熱面積增加到一定數(shù)量，現(xiàn)有熱源（即原電廠兩臺300 MW主機）的供熱能力達到飽和后，新增供熱面積可由余熱利用項目新增的熱泵系統(tǒng)接帶。熱泵系統(tǒng)的節(jié)能收益來源于提取循環(huán)水余熱量的效益，而成本構(gòu)成的計算包括常用算法和全廠能量算法兩種方式，常用算法中將熱泵系統(tǒng)和主機系統(tǒng)各自獨立考慮，把提高背壓造成主機系統(tǒng)能耗增大作為熱泵系統(tǒng)的主要成本之一；而全廠能量算法將熱泵系統(tǒng)與主機系統(tǒng)合并考慮，把投入熱泵前后全廠排放熱量差（即凝汽器熱負荷差）作為主要成本之一。

以下通過能量守恒定理對兩種算法在學(xué)理上的一致性進行分析說明。

根據(jù)燃煤機組供熱電廠的能量分布，燃煤熱量通過鍋爐系統(tǒng)加熱給水至高壓高溫蒸汽進入汽輪機組，這些能量一部分用于發(fā)電，一部分用于供熱，而剩余部分通過凝汽器經(jīng)由循環(huán)水排放到外界散失。

投入熱泵前，全廠的能量分布示意圖，如圖1所示。

圖1 投入熱泵系統(tǒng)前全廠能量分布示意圖

根據(jù)能量守恒定理：

式中 Q—燃煤輸入的總熱量，kW；

Q1—發(fā)電負荷，kW；

Q2—供熱負荷，kW；

Q3—全廠系統(tǒng)向外散失的熱量，kW。

投入熱泵系統(tǒng)后，全廠（包括熱泵機組）的能量分布示意圖如圖2所示。

圖2 投入熱泵系統(tǒng)后全廠能量分布示意圖

根據(jù)能量守恒定理：

式中 ΔQ1—投入熱泵系統(tǒng)后背壓影響主機負荷，kW；

Qy—熱泵系統(tǒng)提取的余熱量進入熱網(wǎng)的能量，kW；

Q3′—全廠系統(tǒng)（包括熱泵機組）向外散失的熱量，kW；

投入熱泵系統(tǒng)前后，全廠燃煤輸入熱量一致，根據(jù)式（1）、式（2）兩式，可以得到：

由此，投入熱泵系統(tǒng)前后全廠（包括熱泵機組）向外散失的熱量差值為：

從以上（4）式不難看出，投入熱泵系統(tǒng)前后全廠對外散失的熱量差值與熱泵系統(tǒng)提取的循環(huán)水余熱量與主機背壓提高影響發(fā)電負荷能量差值是一致的，這說明了兩種算法在計算方式上不同，但在學(xué)理上是統(tǒng)一的。

下面以2012年采暖季的某一試驗工況點分別采用以上兩種方式進行分析論證。試驗工況點保證接帶熱泵系統(tǒng)的主機在熱泵運行工況與非熱泵運行工況下對外抽汽量一致，即模擬對外供熱量已超出主機熱源供熱能力，試驗工況主要參數(shù)見表1。

表1 試驗工況點主要參數(shù)

由表1可知，由于熱泵系統(tǒng)投入后由于主機背壓提高影響發(fā)電負荷為：

203 MW-198 MW=5 MW；

熱泵運行工況下，由于提取循環(huán)水余熱量90.2 MW，相應(yīng)地整體系統(tǒng)（含熱泵）向外排放熱量為：

161.4 MW-90.2 MW=71.2 MW；

當(dāng)采用常用算法時，試驗工況點下的節(jié)能量為提取循環(huán)水余熱量減去背壓提高影響發(fā)電量，即：

90.2 MW-5 MW=85.2 MW；

當(dāng)采用全廠能量算法時，試驗工況點下的節(jié)能量為投入熱泵系統(tǒng)前后向外排放的熱量減少值，即：

156.1 MW-71.2 MW=84.9 MW；

由以上結(jié)果可知，在表計計量誤差允許的范圍內(nèi)，兩種計算方式的結(jié)果是一致的。

2 供熱需求未超出現(xiàn)有熱源供熱能力時的節(jié)能測算

若供熱面積增加較少，供熱需求沒有超出現(xiàn)有熱源（即主機）供熱能力，熱泵系統(tǒng)提取的余熱量將替代部分原采暖抽汽，這部分蒸汽將不再被抽出采暖，而是繼續(xù)進入低壓缸做功以獲取更多的發(fā)電負荷，從而使得全廠發(fā)電煤耗降低，此時節(jié)能效益測算應(yīng)以節(jié)省的耗煤量計算。

3 某電廠300 MW機組余熱利用項目節(jié)能收益分析

圖3 投入熱泵系統(tǒng)后兩個采暖季實際供熱情況分析

圖3列出了2011～2013年兩個供暖季某電廠實際供熱量與設(shè)計值的比較情況。由圖3可以看出，最近的兩個采暖季實際供熱量最大瞬時值都在兩臺主機設(shè)計供熱能力值以下，尚未超出現(xiàn)有熱源的供熱能力，此時，熱泵系統(tǒng)投入后以替代部分原采暖抽汽，這部分蒸汽繼續(xù)進入低壓缸做功，降低主機的供電煤耗。

圖4201 1～2013年某電廠300 MW機組平均每月供電煤耗情況

圖4列出了投入熱泵系統(tǒng)前后的2011～2013年某電廠全廠每月平均供電煤耗情況，從圖4看出，2012年1月投入熱泵系統(tǒng)后，2012年1～3月供暖期全廠每月平均煤耗較2011年同期相比降低了約10 g/kWh，2012年對熱泵系統(tǒng)進行優(yōu)化治理，2012年12月中旬投入運行后，2013年1～3月供暖期全廠每月平均煤耗較2012年同期相比又下降了約10 g/kWh，較2011年同期相比下降了約20 g/kWh；同時在非供暖期的5～9月，2012年較2011年僅略有下降，2012年與2013年基本持平。這充分說明了通過熱泵系統(tǒng)接帶熱網(wǎng)基礎(chǔ)負荷，不僅滿足了供熱需求，更能促進主機平均供電煤耗的降低，充分發(fā)揮了熱泵系統(tǒng)在該電廠300 MW等級機組的節(jié)能作用。

4 結(jié)語

本文針對某電廠300 MW等級機組的循環(huán)水余熱利用項目，探討分析了供熱需求超出和未超出現(xiàn)有兩臺主機供熱能力兩種情況下的節(jié)能效益測算方式，為采用合同能源管理等模式建設(shè)運營的節(jié)能改造項目提供了節(jié)能效益測算參考，并從某電廠300 MW機組余熱利用項目實際情況出發(fā)，測算分析了熱泵系統(tǒng)降低某電廠300 MW機組供電煤耗的節(jié)能成效，但是也應(yīng)當(dāng)看到若僅以煤耗降低量評估類似項目的節(jié)能收益，并不是熱泵系統(tǒng)的全部設(shè)計初衷，也不能發(fā)揮熱泵系統(tǒng)的最大潛力，同時將拉長項目的投資回收期，而應(yīng)該爭取更多的供熱市場，從而使熱泵系統(tǒng)潛在的社會效益、環(huán)境效益與經(jīng)濟效益得以全面體現(xiàn)。

[1]周崇波，趙明德，鄭立軍，等.新型帶吸收式熱泵熱電聯(lián)產(chǎn)機組的技術(shù)經(jīng)濟分析[J].現(xiàn)代電力，2012，29（2）：61～63.

[2]張世鋼，付林，李世一，等.赤峰市基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱師示范工程[J].暖通空調(diào)，2010，40（11）：71～75.

[3]周崇波，俞聰，郭棟，等.大型吸收式熱泵應(yīng)用于火電廠回收余熱供熱的試驗研究[J].現(xiàn)代電力，2013，30（2）：37～40.

[4]王力彪，李染生，王斌，等.基于吸收式熱泵的循環(huán)水余熱利用技術(shù)在大型抽凝機組熱電聯(lián)產(chǎn)中的應(yīng)用 [J].汽輪機技術(shù)，2011，53（6）：470～472.

[5]中國節(jié)能協(xié)會節(jié)能服務(wù)產(chǎn)業(yè)委員會.合同能源管理[M].北京：人民法院出版社，2012.