赤峰市基于吸收式换热的热电联产集中供热示范工程

? ? 工程实例? ? 赤峰市基于吸收式换热的 ? 热电联产集中供热示范工程* 北京清华城市规划设计研究院? 张世钢? 清华大学? 付? 林 赤峰富龙热力有限责任公司? 李世一? 王凌云 北京环能瑞通科技发展有限公司 ? 罗? 勇 清华大学? 江? 亿 摘要 ? 介绍了该示范工程的建设及运行情况, 并通过实际运行数据分析了其节能效果。 示范工程的运行与测试分析表明, 该系统运行稳定可靠, 能够将一次网回水温度降到 25 左 右, 同时可回收电厂循环水余热, 节能与经济效果显著, 可以大规模推广应用。 关键词? 热电联产? 集中供热 ? 吸收式换热 Demonstration project of district heating system with cogeneration based on absorption heat exchange (co?ah cycle) in Chifeng City By Zhang Shigang ! , F u Lin, Li Shiyi, Wang Lingyun, Luo Yong and Jiang Yi Abstract? Presents the construction and operation situation of the demonstration project and analyses its energy saving effect based on operation data. The results of operation and test indicate that the co?ah cycle system is stable and reliable, and that the temperature of return water of primary heating network can be reduced to about 25 in this heating system and the exhausted heat recovery from circulating cooling water of cogeneration plant can be realized simultaneously, and that the energy efficiency and economic effect is so significant that this technique can be put into large ?scale application. Keywords? cogeneration, district heating, absorption heat exchange !Beijing Tsinghua Urban Planning 在热电厂安装吸收式 热泵机组, 以汽轮机供暖抽汽驱动, 回收电厂循环 水余热, 梯级加热热网回水。大容量再热式抽凝机 组是目前及今后新建热电厂的主力机型, 这种机组 即使在冬季最大供热工况下, 仍然存在大量的汽轮 机排汽余热通过冷却塔排放掉, 以保证汽轮机低压 缸的正常工作。该技术能够将这部分余热回收利 用, 相当于在不增加电厂容量、 不增加当地污染物 排放、 耗煤量和发电量都不变的情况下, 增大了热 源的供热能力, 提高了电厂的综合能源利用效率, 同时可以减少电厂循环冷却水的蒸发量, 节约水资 源, 并减少向环境排放的热量。 2008 年 5 月, 中国工程院召开了第 9 届 工程 前沿%研讨会, 与会的暖通空调、 电厂热工、 汽轮机 制造等多专业的院士和专家对该项新技术进行了 充分的研讨和论证, 认为该技术 在不改变目前城 市热网基本架构的前提下, 可使管网的热量输送能 力提高约 80% ; 在基本不改变目前热电厂热电机 组运行工况的前提下, 使热电厂向城市热网提供的 热量提高约 50% 。这是热电联产集中供热领域的 一项重大自主技术创新, 它一方面有助于热电联产 集中供热事业摆脱目前的困境, 另一方面可使城市 热电联产集中供热系统节能 30% 50% , 并相应 减少 CO2和其他污染物排放, 对实现我国节能减 排的战略目标具有非常重要的作用% 3 。 根据该研讨会所形成的院士建议, 清华大学、 清华城市规划设计研究院与赤峰市富龙热力有限 责任公司等单位合作, 在赤峰市实施了基于吸收式 换热的热电联产集中供热示范工程, 通过该工程对 新技术进行全尺度的实验与示范。该工程于 2008 年底建成, 经过两个供暖季的连续运行, 基本达到 了工程的预期效果。本文简单介绍该工程的建设 与运行情况, 就大家普遍关注的几个问题作一些解 释, 希望能对新技术的推广起到一定的作用。 1? 示范工程建设情况 目前, 赤峰市城区集中供热总面积 1 600 多万 m2, 近几年平均年新增供热面积 250 多万 m2。赤 峰热电厂和富龙热电厂作为两个主要热源厂, 总额 定供热能力仅为 1 400 万 m 2。到 2010 年末, 赤峰 热电厂将关停 4 台小火电机组, 富龙热电厂将关停 3 台小火电机组, 城区热源将存在很大缺口。到 2020年赤峰市城区规划人口达 100 万, 届时城区 热源缺口至少达 2 400 多万 m 2。另外, 即使热源 充足, 按传统的参数供热, 原有管网的输配能力也 严重不足。早期的赤峰热电厂热力网的供热能力 为 340 万 m 2 , 目前实际供热面积达 420 万 m 2, 热 网已严重超负荷运行。富龙热电厂热力网目前的 供热面积也已饱和。 新建热源面临审批、 资金、 用地、 环保等重重压 力, 仅靠新建或扩建热电厂来完全满足城市发展对 热源的需求困难很大; 热网方面, 在目前情况下通 过进一步提高流量来增大管网的输配能力会使管 网的耗电量与耗水量剧增, 并进一步加重水力失调 现象, 另外供热区的道路资源几乎已经用尽, 进一 步增加管径的可能性也不大。 热源严重短缺、 热网输配能力不足的问题已成 为制约赤峰市城市发展的瓶颈, 尽快建设新热源并 对供热系统进行节能改造已迫在眉睫。在赤峰市 委、 市政府及富龙热电股份有限公司领导的积极组 织协调下 富龙热力有限责任公司与清华大学建筑 #72#工程实例 ? ? ?暖通空调 HV 另一 路以并联的方式接入各级吸收式热泵机组, 作为热 泵机组的低位热源放热降温, 然后再与一次网回水 混合后返回电厂凝汽器吸热。各级吸收式热泵和 汽 水换热器均采用 0. 3 MPa 的汽轮机供暖抽汽 驱动, 蒸汽凝水集中收集后由凝水泵升压送回电厂 除氧器。 该系统实现了一次网回水的梯级加热, 可最大 限度地回收电厂循环水余热, 提高系统能源利用效 率。 为了进一步简化系统流程 减小设备体积 降 #73#? ? ? ? 暖通空调 HV 水流量测量采用 TDS?100 系列 固定式超声波流量计, 精度 0. 5 级; 蒸汽流量测量 采用 YJLBIP121512311P 型 孔板 流量 计, 精度 1% 。 3? 示范工程运行情况 从 2008 年底投入运行以来, 示范工程已经过 了两个供暖季的连续运行, 系统运行稳定可靠, 各 项性能指标均达到了预期要求。图 3 为某日的实 时运行监控主界面及相关运行数据, 图 4 为随机截 取的一、 二次网供回水温度在一段时间的变化曲 线。可以看出, 尽管一次水供水温度波动比较大, 但一次水回水温度一直比较稳定, 基本保持在 25 左右。 4? 示范工程效益分析 4. 1? 节能效益 该工程的节能收益主要体现在回收电厂凝汽 器余热和降低热网循环泵电耗两方面 图 3? 赤峰示范项目实时监控主界面 图 4? 一、 二次网供回水温度变化曲线 4. 1. 1? 回收的电厂凝汽器余热量 从图 2 可以看出, 本工程回收的电厂凝汽器余 热包括 4 部分: 1) 一次水直接从凝汽器吸收的热 量。额定工况下, 一次水在凝汽器中从 25 加热 到 40 , 这部分热量全部是回收的凝汽器余热。 2) 双效吸收式热泵回收的凝汽器余热。额定工况 下, 一次水在双效吸收式热泵中从 40 加热到 55 , 这部分热量中有 57% 是回收的凝汽器余热( 双 效吸收式热泵额定工况制热性能系数为 2. 34) 。 3) 单效吸收式热泵回收的凝汽器余热。额定工况 下, 一次水在单效吸收式热泵中从 55 加热到 75 , 这部分热量中有 43% 是回收的凝汽器余热( 单 效吸收式热泵额定工况制热性能系数为 1. 75) 。 4) 大温升吸收式热泵回收的凝汽器余热。额定工 况下, 一次水在大温升吸收式热泵中从 75 加热 到 90 , 这部分热量中有 24% 是回收的凝汽器余 热( 大温升吸收式热泵额定工况制热性能系数为 1 32) #74#工程实例 ? ? ?暖通空调 HV 而当气温降低时, 按相反的顺序调节, 逐步提高一 次网供水温度。对系统的模拟计算与实际运行测 试均表明, 在整个调节过程中, 二次网供、 回水温度 会随一次网供水温度的变化而变化, 但一次网回水 温度基本不变。 根据上述运行策略绘制热负荷延续时间曲线, 如图 5 所示。其中实线表示总供热负荷, 与坐标轴 所围成的面积就是供暖期间的总耗热量, 约为 9. 8 万 GJ; 虚线表示回收的循环水余热负荷, 与坐标轴 所围成的面积就是供暖期间回收的总余热量, 约为 4. 9 万 GJ。即在全年总供热量中, 仅有 4. 9 万 GJ 的热量直接来自加热蒸汽, 相比于蒸汽直接加热的 传统供热模式, 节能 50% 左右。 图 5? 热负荷延续时间 4. 1. 2? 节省的热网循环泵输送能量 传统热电联产集中供热系统的一次网供回水 温度为 130 / 70 , 供回水温差为 60 ; 该示范 工程的一次网供回水温度为 130 / 25 , 供回水 温差为105 。利用相同的管路和水流量, 其供热 能力提高了 75%单位热量的输送能耗相当于传 统系统的 57% 。该示范工程每年可节省循环水泵 电量 22. 5 万 kWh。 4. 2 ? 环境效益 该示范工程每年可回收循环水余热约 4. 9 万 GJ, 相当于节省标准煤2 090 t( 按锅炉效率 80% 折 算) , 减少 CO2排放 5 200 t。 4. 3 ? 经济效益 根据第 4. 1 节的节能量, 按当地热价 19. 6元/ GJ、 电价 0. 38 元/ ( kWh) 计算, 每年可节省 105 万 元。该示范工程总投资约 820 万元, 相比传统供热 系统增加的投资为 310 万元, 增量投资回收期约为 3 年。 5? 示范工程鉴定 2009年 3 月, 内蒙古自治区科技厅主持召开 了该示范工程鉴定会。由国内相关领域专家组成 的鉴定委员会详细考察了示范工程现场, 测试了系 统性能, 经过质疑答辩, 认真讨论, 对这一新技术给 予了高度评价, 认为 该成果为我国大型热电机组 远距离高效供热开辟了新途径, 具有极大的推广应 用价值, 是我国热电联产集中供热领域的一项重大 原始创新, 项目成果总体达到了国际领先水平%, 将对我国热电联产集中供热事业带来重大影响%。 该示范工程获 2009 年度赤峰市科学技术进步一等 奖。 6? 结语 内蒙古赤峰市基于吸收式换热的热电联产集 中供热技术示范工程的建设与运行实践表明, 该系 统运行稳定可靠, 主要性能指标达到预期要求, 节 能、 环保, 经济效益显著, 完全可以大规模推广应 用。 7? 致谢 在示范工程建设与运行过程中, 得到了赤峰市 及富龙热电股份有限公司领导和员工的大力支持, 在此表示衷心的感谢。 参考文