热电厂乏汽余热回收集中供暖解决方案

热电厂乏汽余热回收集中供暖解决方案（附案例）1.吸收式热泵产品介绍1.1 吸收式热泵简介热泵是将低温热源中的热量提取出来，转移该部分热量，进而得到较高品位的热水或蒸汽的设备。吸收式热泵可以利用低温热源(工艺系统废热：单组分或多组分气体、废热水、乏汽等);用以制取高品位热媒( 比低温热源高 40左右的中、高温热水， 0.4MPa 以下蒸汽) 。吸收式热泵分为两类：第一类吸收式热泵与第二类吸收式热泵。两者主要区别：废热源品味要求不同;可供应高品位热水不同;外部驱动能源要求不同;循环原理不同。第一类吸收式热泵第二类吸收式热泵1.2 吸收式热泵原理吸收式热泵是以水换热为介质，溴化锂溶液为吸收剂，将低温热源中的热量提取出来，转移该部分热量，进而得到较高品位的热媒的设备。吸收式热泵是一种成熟产品，在热电厂中主要采用第一类热泵技术用来提取电厂的废热，增加供热能力，扩大供暖面积。主要原理如下图(简易循环图)：吸收式热泵简易循环图吸收式热泵设备外观图热量提取：利用水在负压下低温沸腾从低温热源中把热量提取出来。(蒸发器)热量转移：利用浓溴化锂溶液吸收低温蒸汽提高了溴化锂溶液的温度实现了热的转移，得到高品位的热。(吸收器)溶液循环：利用驱动热源放出热量将溴化锂稀溶液浓缩成浓溶液，实现溶液循环使用。(发生器)1.3 吸收式热泵应用及特点1.3.1 吸收式热泵热平衡及应用范围1.3.2 吸收式热泵的特点废热水品位要求：一般可以使用温度在 30 70的低温热源可供应高品位热水：比废热源高 40左右，一般情况下可提供 100以内的热水需外部提供少量高品位驱动热源：0.8MPa 以下蒸汽、高温热水、燃油、天然气、高温烟气节能性：利用较低品位废热，使用少量高品位驱动热源，获得大量高品位热水制热 COP 值 1.651.85：就是利用 1T/H 的蒸汽热量可以得到 1.651.8T/H 蒸汽的热量机组制热量是废热量的 2.22.4 倍左右：就是利用 1MW 废热可以得到 2.22.4MW 左右的高品位热媒废热水温度越高获得的热水温度越高;反之，废热水温度越低获得的热水温度越低。2.基于吸收式热泵技术的集中供热技术2.1 技术背景2.1.1 供热节能在我国节能减排工作中的地位建筑能耗占全国总能耗约 30%，因此建筑节能在我国节能减排全局中占据重要地位。而北方城市供热是我国建筑能耗最大的领域。截止 2008 年，全国北方地区供热建筑面积已超过 90 亿平方米，采暖期因地域不同从 3 个月到 6 个月不等。我国城市供热目前仍以煤为主要燃料。全国采暖能耗达到 1.8 亿吨标煤/年，占全国城市建筑能耗的 40%。因此，供热节能工作是建筑节能工作的重中之重。北方采暖地区范围包括：严寒和寒冷地区的 15 个省市，面积约占全国陆地总面积的 70%，人口数量超过全国总人口的 40%。中国建筑热工设计分布图2.1.2 热电联产在供热中的地位热电联产相比热电分产能节约 1/3 左右燃煤消耗，是目前我国北方集中供热的主要方式，供热量约占北方集中供热一半以上。热电联产机组发电量占全国火力发电比例已经超过 20%，总装机容量超过 1 亿千瓦。热电联产作为采暖热源，其供热能耗甚至低于目前市场上热议的水源热泵等方式。因此，大力发展热电联产并大幅提高其在供热热源中的比例应该是我国集中供热系统热源节能改造的主要方向。各种采暖方式比例图2.1.3 热电联产集中供热面临的突出矛盾(1) 大型热电联产机组排放大量低温余热难以利用电力工业为了实现“十一五”能源消耗和主要污染物排放总量控制目标实施“上大压小、节能减排”的能源政策，积极鼓励建设大容量、高参数抽凝式热电机组。但是，这一类热电联产机组为保证安全运行必须通过冷却塔向热电厂周围环境排放大量低温余热，该余热数量巨大，可占到机组额定供热量的 30%以上。以北京市的现状为例，接入市政大热网的四大主力热电厂可白白排放的循环水余热量达 1000 MW 以上，如配备相应容量的调峰热源，则可增加供热面积到 40005000 万平米，相当于目前市政大热网供热面积的 35%以上，每年将为北京市减少采暖用燃料耗量约 60 余万吨标煤，减少电厂循环水蒸发损失 80 万吨。(2) 城市热网输送能力成为集中供热发展瓶颈热网建设具有投资巨大和周期长的特点。由于近年来我国城市发展速度过快，城市热网供热半径不断加大，现有热网的输送能力已严重不足。以北京市的现状为例：市政大热网覆盖范围内的供热面积达到近 3 亿平米，但热网极限输送能力只能负担约 1.3 亿平米供热面积。缺口部分则不得不采用其他低效、污染严重以及高成本的供热方式填补。另一方面，大型热电机组成为热电联产发展的主流趋势下，配套超大规模热网投资也已严重影响到大型热电联产集中供热的经济性。因此，通过技术创新大幅提高热网输送能力，对于整个供热节能意义重大。(3) 热电联产热源和城市热网夏季利用率较低热电联产热源夏季供热负荷需求较小，造成热电厂热效率下降，热电厂的余热大量排放。城市热网夏季也大多处于闲置状态或低负荷低效率运行状态。另一方面，近几年由于空调电耗猛增而造成的电力负荷的季节差和日夜峰谷差不断加大，严重影响城市供电安全。据统计，空调高峰电负荷已占城市夏季负荷的 40%左右，而空调用电受气温的影响很大，其实际用电量只有 6%，为满足电空调用电需求而增加的电力设施投资巨大，利用率却很低，造成设备闲置浪费。2.2 吸收式热泵换热技术介绍通过深入研究和分析目前热电联产集中供热系统存在的问题及其节能潜力，2007 年，清华大学在世界上首次提出吸收式换热的概念并提出“基于吸收式换热的新型热电联产集中供热技术” 。完整的基于吸收式换热的新型热电联产集中供热技术由以下两个核心技术环节构成：(1)基于吸收式换热的超大温差供热技术充分利用了一次网高温热水中蕴藏的高位热能的做功能力，借助核心设备设置在用户热力站处的吸收式换热机组(专利号：ZL 200810101064.5)显著降低一次网回水温度。如图所示，在保持二次网运行参数不变的情况下，一次网供回水温度由传统的 130/70 变为 130/20，供回水温差由 60提高至 110。该技术的应用具有如下突出优点：一次网供回水温差由 60增加到 110，可提升既有热网输配能力 80%;减小新建大型热网管径、免除回水管网的保温措施，大幅降低管网投资;一次网回水温度降至 20左右，为高效回收电厂循环水余热创造了条件 ;吸收式换热机组在夏季通过简单切换可做吸收式制冷机使用，以城市热网水驱动，产生 12 7冷水，为空调提供冷源。如果再配置溶液除湿装置和生活热水加热系统，一次网回水可降低至 50左右，为大量回收热电厂夏季循环水余热创造条件。(2) 基于吸收式换热的余热回收技术在热力站实现超大温差换热的基础上，设置在热电厂首站内的核心设备电厂余热回收专用热泵机组(发明专利号： ZL 200810117049.X200910091944.3)，通过独创的热泵内部循环设计，在保证体积紧凑的前提下将多台机组逐级升温的功能高度集成，大幅提升电厂内余热回收系统的经济性。在不考虑调峰热源加入的情况下，升温幅度高达 7080。考虑调峰的情况下，能够实现 110的升温能力，对传统热泵技术实现了重大突破。回收大量低温循环水余热后使得系统供热能耗降低 40%。另外夏季利用汽轮机抽汽驱动吸收式热泵实现集中供冷，提高系统整体能效和经济性，并可减少电厂夏季循环冷却水的冷却压力。通过基于吸收式换热的系统集成技术将基于吸收式换热的超大温差供热技术和余热回收技术有机结合起来，构成完整的吸收式换热的新型热电联产集中供热系统如下图所示。进一步提炼吸收式换热循环的实质如下图所示：吸收式换热循环的 4 个环节中，第 1 个环节即吸收式换热环节是放热过程，实现了冬季一次热网的低温回水和夏季利用热网水驱动制冷。第 2、3 环节分步回收汽轮机排汽余热 ;同时，使得回水加热过程实现了梯级升温。根据不同集中供热系统运行参数的差异，循环中第 2、3 环节也可以只保留其中之一。调峰环节对热负荷进行调峰的同时，保证吸收式换热环节必要的热网供水温度。2.3 新技术应用工程方案(1)以国内某汽轮机厂生产的 300 MW 抽汽供热机组为例，额定工况下主蒸汽流量 1000 t/h，采暖抽汽量 500 t/h(330 MW)，低压缸排汽量 240 t/h(150 MW)。供热首站采用常规汽水换热器，供热能力为 330 MW，供热面积 660 万 m2。(2)实施新技术后，汽轮机低压缸排汽量可全部回收，对外供热能力可达 480MW，相比常规技术增加了 45%，可满足 960 万 m2 建筑面积的供热。(3)采取如下常规供热方案与新技术方案对比：300 MW 抽汽供热机组 +容量 150MW 燃煤锅炉，此时两方案供热能力相等。(4)新技术方案与常规供热方案相比，年回收循环水余热 146 万 GJ，节能率 39%，年节约标煤 5.0 万吨、供热蒸汽 12 万吨、减排 CO2 总计折合约 15 万吨。(5)新技术方案与常规供热方案相比增加的初投资主要是首站的电厂余热回收专用热泵机组和热力站的吸收式换热机组，一次管网由于实现大温差热输送，管径变小，管网投资减少 30%左右。(6)新技术方案与常规供热方案相比，首站投资增加约 0.86 亿元，热力站投资增加约 1.73 亿元，管网投资降低约 0.96 亿元( 与项目所在地、管网规模等因素有关)，总体初投资增加约 1.63 亿元，年节约燃煤及蒸汽成本共 4650 万元，增量投资静态回收年限控制在 35 年。2.4 技术优势及意义2.4.1 新技术的突出优势(1)充分回收电厂余热，提高热电厂供热能力 30%以上;(2)大幅降低热电联产热源综合供热能耗 40%;(3)可提高既有管网输送能力 80%;降低新建管网投资约 30%;(在城市核心区域，热负荷快速增长的同时，地下空间资源基本用尽，供回水大温差运行避免破路施工，成为管网扩容唯一解决方案)(4)用户二次网运行参数不变，热力站工程改造量小，利于快速大规模推广(5)利用夏季城市热网的输配资源和热电厂的廉价热源进行供冷，提高了设备利用率，同时减少电厂夏季循环冷却水的冷却压力，并且有利于削减夏季空调用电负荷、改善夏季空调用电结构。2.4.2 新技术对于全国供热节能的影响如果在全国的热电联产系统推广新技术，可以利用目前热源和管网增加供热建筑面积 11 亿平方米，每年能产生超过 2000 万吨标煤的节能效益。全年减排温室气体 CO2 超过 5200万吨，将为我国乃至全世界的温室气体减排做出巨大贡献。2.4.3 新技术对我国节能技术产业的意义新技术所需的关键设备每年能创造超过 150 亿元的市场，对于引导相关高新技术装备制造企业走出困境有着重大意义。同时，由于新技术是我国完全自主知识产权的创新节能技术，达到国际先进水平。还存在进一步将新技术/新产品输出到海外市场( 尤其是东欧市场)的可能，能一定程度填补我国在节能技术出口领域的空白。2.5 工程案例2.5.1 国内实施的工程2.5.1 公司实施工程2011 年公司承接神华神东电力上湾热电厂乏汽余热利用改造工程，目前正在施工。工程概况：上湾热电厂 2150MW 直接空冷供热凝汽式发电机组。厂外热网首站采暖抽汽采用母管制，从两台汽轮机引出的抽汽采暖抽汽管道送至厂外神东电水暖中心自建的三个热网首站：上湾供热首站(间供 )、上湾一次换热站(间供) 、上湾小区站( 直供)。汽轮机采暖抽汽在热网首站汽水换热器内换热后，凝结水由热网首站内的凝结水泵直接送回电厂除氧器。上湾供热首站 2010 年采暖季投入使用，主要提供冬季采暖热负荷。上湾一次换热站和上湾小区站(直供)热负荷为常年性热负荷和季节性热负荷：常年性热负荷为洗浴用水供应热负荷，季节性热负荷为建筑冬季采暖热负荷。上湾小区站承担上湾热电厂周围的用户的采