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熱電廠吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱供熱技術(shù)及應(yīng)用

2017-09-04 01:33王鐵山
綜合智慧能源 2017年8期
關(guān)鍵詞:吸收式熱電廠熱源

王鐵山

(山東省鑫峰工程設(shè)計(jì)有限公司,濟(jì)南 250100)

熱電廠吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱供熱技術(shù)及應(yīng)用

王鐵山

(山東省鑫峰工程設(shè)計(jì)有限公司,濟(jì)南 250100)

分析了熱泵循環(huán)技術(shù)和熱電廠循環(huán)水余熱的利用特點(diǎn),指出應(yīng)用吸收式熱泵可將冷源損失熱量轉(zhuǎn)換為城鎮(zhèn)供暖熱源,系統(tǒng)解決目前熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)存在的問題。以河北某熱電廠4×200 MW機(jī)組為例,采用吸收式熱泵后,全廠可增加供熱量 300 GJ/h,每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤34 000 t,并有效減少CO2,SO2,NOx及煙塵的排放量,社會效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。

熱電廠;吸收式熱泵;循環(huán)水;余熱;供熱

0 引言

熱電廠機(jī)組蒸汽做完功后,經(jīng)凝汽器循環(huán)水被帶走熱量,排入冷卻水塔,這部分散失到大氣中的熱量叫冷源損失。若將這部分排入大氣的熱量回收后用于對城鎮(zhèn)供熱,既能綜合利用余熱,又增加了電廠供熱量,會產(chǎn)生良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 熱電廠循環(huán)水余熱的利用特點(diǎn)

隨著環(huán)境、氣候的逐漸惡化,發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展成為人類社會未來發(fā)展的必然選擇。“節(jié)能減排降耗”是目前我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要核心,而提高能源利用率、加強(qiáng)余熱回收利用是節(jié)約能源、降低碳排放、保護(hù)環(huán)境的根本措施。

吸收式熱泵以蒸汽或溴化鋰溶液為工質(zhì),對環(huán)境沒有污染,不破壞大氣臭氧層且高效節(jié)能。配備蒸汽或溴化鋰吸收式熱泵,可以回收利用工藝產(chǎn)生的廢熱,達(dá)到節(jié)能、減排、降耗的目的;此外,吸收式熱泵還可以吸收利用地下水、地表水、城市生活污水等低品位熱源的熱量,同樣可以達(dá)到節(jié)能降耗的目的[1]。目前,作為集中供熱熱源的熱電廠存在兩個(gè)關(guān)鍵問題:一是汽輪機(jī)抽汽在加熱一次網(wǎng)回水的過程中存在很大的傳熱溫差,造成巨大的傳熱不可逆損失;二是抽凝式供熱機(jī)組大量的汽輪機(jī)凝汽器余熱通過冷卻塔排放掉,一般凝汽式發(fā)電機(jī)組冷源損失為30%~35%[2]。將這部分凝汽用于供熱,相當(dāng)于在機(jī)組容量、排放量、耗煤量和發(fā)電量都不變的情況下,增加了熱源供熱能力,可為集中供熱系統(tǒng)提供更多的的熱量。

2 吸收式熱泵

吸收式熱泵熱收支如圖1所示,以汽輪機(jī)抽汽為驅(qū)動(dòng)能源Q1產(chǎn)生制冷效應(yīng),回收循環(huán)水余熱Q2加熱熱網(wǎng)回水,得到的熱網(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[3]。

圖1 吸收式熱泵收支

吸收式熱泵的供熱量等于從低溫余熱吸收的熱量和驅(qū)動(dòng)熱源的補(bǔ)償熱量之和,即供熱量始終大于消耗的高品位熱源的熱量,制熱性能系數(shù)(COP)>1.00,故稱為增熱型熱泵。根據(jù)不同的工況條件,COP一般為1.65~1.85,由此可見,吸收式熱泵具有較大的節(jié)能優(yōu)勢。吸收式熱泵提供的熱水溫度一般不超過98 ℃,熱水升溫幅度越大,則COP值越小。驅(qū)動(dòng)熱源可以是0.2~0.8MPa的蒸汽,也可以是燃油或燃?xì)?。低溫余熱的溫度?5 ℃即可利用,一般情況下,余熱熱水的溫度越高,熱泵能提供的熱水溫度也越高。

3 吸收式熱泵在熱電廠的應(yīng)用

汽輪機(jī)凝汽器的乏汽原來通過循環(huán)水經(jīng)雙曲線冷卻塔冷卻后排放掉,造成乏汽余熱損失,而循環(huán)水由28.0 ℃經(jīng)凝汽器后溫度升至31.5 ℃?,F(xiàn)采用吸收式熱泵,以31.5 ℃的冷卻水作為低溫?zé)嵩?,?.5MPa的抽汽作為驅(qū)動(dòng)熱源,加熱50.0~80.0 ℃的采暖用熱網(wǎng)回水,循環(huán)冷卻水降至28.0 ℃后再去凝汽器循環(huán)利用。這樣可回收循環(huán)水余熱,提高電廠供熱量,即提高了電廠總的熱效率。吸收式熱泵系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 吸收式熱泵系統(tǒng)

應(yīng)用吸收式熱泵可系統(tǒng)地解決目前熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)存在的問題。

(1)電廠的循環(huán)水不再依靠冷卻塔降溫,而是作為各級熱泵的低溫?zé)嵩矗景装着欧诺舻难h(huán)水余熱資源可以回收并進(jìn)入一次網(wǎng),僅此一項(xiàng)即可使熱電廠供熱能力提高50%左右,綜合能源利用效率提高20%左右。

(2)各級吸收式熱泵仍采用電廠原本用于供熱的蒸汽熱源,這部分蒸汽的熱量最終仍然進(jìn)入到一次網(wǎng)中,而利用凝汽器提供的部分供熱,可減少汽輪機(jī)的抽汽量,增加汽輪機(jī)的發(fā)電能力,提高系統(tǒng)整體能效[4]。

(3)逐級升溫的一次網(wǎng)加熱過程避免了大溫差傳熱造成的大量不可逆?zhèn)鳠釗p失。

(4)用戶側(cè)的吸收式換熱機(jī)組將一次網(wǎng)供回水溫差提高了50%~80%,意味著可以將管網(wǎng)輸送能力提高50%~80%,可節(jié)約大量新建、改建管網(wǎng)投資,避免既有管網(wǎng)改建引起的一系列麻煩。

(5)用戶處二次網(wǎng)運(yùn)行完全保持現(xiàn)狀,非常利于大規(guī)模的改造項(xiàng)目。

4 工程應(yīng)用

河北某熱電廠4×200MW機(jī)組分兩期工程建成,對機(jī)組通流部分進(jìn)行改造后,提高了總的對外供熱量。目前熱網(wǎng)分北網(wǎng)和南網(wǎng):北網(wǎng)對外供給熱水量為9 000t/h,分兩級加熱,供/回水運(yùn)行溫度為132.7/55.0 ℃;南網(wǎng)供給熱水量為3 700t/h,由尖峰加熱器一級加熱,供/回水溫度為130.2/66.0 ℃。電廠機(jī)組按最大抽汽量運(yùn)行。熱網(wǎng)加熱器均為汽-水換熱器,熱源和冷源之間存在傳熱溫差,必然存在做功損失。而回水溫度低導(dǎo)致供水溫度降低,#4機(jī)組供應(yīng)南線熱網(wǎng),在增加高壓抽汽量的同時(shí)又加大了各熱網(wǎng)加熱器間的換熱溫差,進(jìn)而導(dǎo)致溫差傳熱的做功損失加大。為了合理利用這部分做功損失、回收部分余熱,并利用吸收式熱泵回收進(jìn)入冷卻塔的部分熱量,對整個(gè)電廠的采暖抽汽進(jìn)行了整合。北網(wǎng)9 000t/h、55 ℃回水通過吸收式熱泵利用#4機(jī)組160t/h調(diào)節(jié)抽汽提升至75 ℃,這樣#1,#2機(jī)組供汽量由810t/h減至538t/h,即將75 ℃回水加熱到109 ℃,然后通過#3機(jī)組尖峰加熱器由109 ℃提升到135 ℃供給熱用戶。南網(wǎng)3 700t/h、66 ℃回水經(jīng)新增加的2臺低壓熱網(wǎng)加熱器利用#1,#2機(jī)組剩余蒸汽(232t/h)加熱至108 ℃,然后進(jìn)入#4機(jī)組尖峰加熱器,將外網(wǎng)的溫度提升到147 ℃供給熱用戶。該電廠設(shè)計(jì)總供熱量為3 669.16GJ/h,增加吸收式熱泵并進(jìn)行了抽汽整合后,供熱量可達(dá)4 181.81GJ/h,即增加供熱量 512.65GJ/h,綜合供熱指標(biāo)按180kJ/m2計(jì)算,增加供熱面積284.83萬m2,其中吸收式熱泵可提高供熱量 300GJ/h,供熱面積增加167萬m2。吸收式熱泵回收凝汽器循環(huán)水釋放到冷卻水塔中的熱量,將這部分余熱通過吸收式熱泵加以利用,每小時(shí)可吸收熱能86MW,提高了電廠供熱量,降低了熱電廠能源消耗,提高了電廠熱效率;同時(shí),可減少冷卻水由于蒸發(fā)等帶來的損失,冷卻水塔補(bǔ)水量可減少約80t/h。該電廠熱泵機(jī)組參數(shù)見表1。

表1 RHP200型熱泵機(jī)組參數(shù)

該工程采用吸收式熱泵后,全廠可增加供熱量300GJ/h,每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤34 000t,可減少CO2排放89 880t、SO2排放289t、NOx排放252 t、灰渣排放9 761 t。

供熱工程全部實(shí)施后,社會效益顯著。

(1)回收發(fā)電廠循環(huán)冷卻水余熱供熱,相當(dāng)于在不增加電廠容量、不增加當(dāng)?shù)嘏欧诺那闆r下,擴(kuò)大了熱源的供熱能力,提高了電廠的綜合能源利用效率,同時(shí)可減少冷卻水蒸發(fā)量,節(jié)省水資源,并減少向環(huán)境排放的熱量。

(2)相比常規(guī)供熱方案耗煤量大幅減少,既節(jié)約了大量能源,又減少了煤、灰渣在裝卸、運(yùn)輸、貯存過程中對環(huán)境、交通及占地的影響。

(3)CO2,SO2,NOx及煙塵排放量減少,城市環(huán)境空氣質(zhì)量得到改善,

(4)集中燃煤鍋爐房一般分散在建筑群中,如果離居民區(qū)及辦公地點(diǎn)較近,鍋爐運(yùn)行過程中風(fēng)機(jī)、水泵產(chǎn)生的噪聲及運(yùn)煤、除灰車輛產(chǎn)生的噪聲會在一定程度上干擾居民的生活。而新建的吸收式熱泵房雖然也是建在居住區(qū)中,但由于設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)部件少,噪聲很小,對居民生活的影響將降至最低。

(5)由于取消和不再新建燃煤鍋爐房,將大大減少城市占地,有利于城市的建設(shè)和發(fā)展。

5 結(jié)束語

吸收式熱泵循環(huán)水供熱工藝提高了熱電廠的綜合能源利用效率,同時(shí)可以減少電廠循環(huán)冷卻水蒸發(fā)量,節(jié)約水資源,并減少向環(huán)境排放的熱量,具有非常顯著的社會、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。在電力、冶金、化工、紡織、造紙、制藥等行業(yè)的工藝生產(chǎn)過程中,也有綜合利用的廣泛空間[5]。

[1]陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1993.

[2]大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程:DL 5000—2016[S].

[3]陸耀慶.HVAC暖通空調(diào)設(shè)計(jì)指南供暖通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1996.

[4]賀平,孫剛.供熱工程[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1993.

[5]曾享麟,蔡啟林,解魯生,等.歐洲集中供熱的發(fā)展[J].區(qū)域供熱,2002(1):1-8.

(本文責(zé)編:劉芳)

2017-04-23;

2017-06-23

TM 621

B

1674-1951(2017)08-0024-02

王鐵山(1974—),男,內(nèi)蒙古烏海人,工程師,從事熱電廠熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究工作(E-mail:mnuvw9876@163.com)。

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