吸收式热泵回收300MW供热机组循环水余热的效益分析.pdf

第 3 6卷 第 3期 2 0 1 4年 3月 华 电技 术 Hu a di a n T e c h n o l o g y V0 1 3 6 No 3 Ma Y 2 01 4 吸收式热泵 回收 3 0 0 M W 供热机组循环水 余热 的效益分析 王海成 ( 华电能源股份有限公司， 哈尔滨1 5 0 0 0 1 ) 摘要： 3 0 0 MW供热机组在纯凝工况及抽汽供热情况下的能源综合利用率较低， 低温循环水所带走的能量约占电厂总 耗能的 3 0 以上。提出了利用蒸汽型溴化锂吸收式热泵回收供热机组循环水余热的方案， 以某电厂为实例， 对热泵回 收余热能力及全厂热经济性进行了详细的计算， 结果表明： 利用热泵回收发电供热企业循环水余热具有节能和环保的双 重效益。 关键词： 供热机组； 吸收式热泵； 循环水； 余热； 节能减排 中图分类号： T K l 1 5 文献标志码 ： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 4 ) 0 3 0 0 6 9 0 4 0 引言 目前 ， 我 国的能源利用率在 3 3 左右 ， 比发达 国家低 1 0 个百分点， 产值耗能比世界平均水平高出 2倍多 ， 导致我国的能源消耗总量大 ， 污染物排放量 高 ， 对全球气候及环境影 响备受 国际社会关注 。我 国为实现到 2 0 2 0年单位国内生产总值 ( G D P ) 二氧 化碳排放量 比 2 0 0 5年 下降 4 0 一 4 5 的 目标 ， 确 定了“ 十二五” 节能减排的指导思想及 目标。 在 国家大力推行节能减排政策的大背景下， 发 电供热企业丰富 的循环水余热 资源被人们广 泛关 注。以 3 0 0 M W 供热机组为例 ， 纯凝工况下 的能源 利用率通常低于4 0 ， 而在有抽汽供热的情况下能 源综合利用率也不到 6 0 。在损失的能量中 ， 低温 循环水所带走的能量约 占电厂总耗 能的 3 0 以上 ， 造成能源的浪费以及对环境的热污染。若以电厂循 环水为低温热源， 利用热泵技术 回收其余热 ， 将会对 社会 、 环境 、 发电供热企业带来 巨大的利益。对社会 来说可以增加人们的幸福感 和对政府的信任感 ； 对 环境来说可以节约燃煤和大量水 ， 减少 C O ： ， S O 和 N O 等有害气体以及粉尘 的排放 ； 对发 电供热企业 来说可以优化指标 、 降低成本 ， 缓解供热能力不足 的 问题 ， 满足更大的供热需求 ， 为更大的供热面积提供 热源， 从而进一步拓展供热市场， 不仅使发电供热企 业 “ 十二五” 期间的节能减排 目标得 到进一 步的保 证 ， 更会对企业的可持续发展产生积极影 响和促进 作用。 它是在高温热源( 蒸汽 、 热水 、 燃气 、 燃油 、 高温烟气 等) 的驱动下 ， 提取低温热源( 地热水 、 冷却循环水 、 城市废水等 ) 的热能 ， 输 出中温的工艺用水或采暖 热水 的一种 技 术。吸 收式 热 泵 的循 环 性 能 系数 ( C O P ) 可达 1 7 2 4 ， 而常规直接加热方式 的 C O P 一 般为 0 9左右。由此可见 ， 采用吸收式热泵替代 常规直接加热方式节能效果显著。 第一类溴化锂吸收式热泵具有以下主要特点。 ( 1 ) 可以利用各种热能： 以蒸汽 、 热水和燃料燃 烧产生的烟气为驱动热源； 以余热、 排热、 太阳能、 地 下热能、 大气和河湖水等低品位热源为低温热源。 ( 2 ) 经济性好、 能源利用率高， 与传统使用的锅 炉相比， 用于采暖供热时热效率高 、 节能效果好 。 ( 3 ) 维护管 理简便 ， 运 转部件 少 ， 振动 和噪声 小 ， 结构简单 ， 维修方便 。 ( 4 ) 有助于能耗 的季节平衡 ， 在能耗高的季节 ， 热泵所利用的低品位热能也增多 ， 有助于减少能源 的消耗。 ( 5 ) 有助于减少二氧化碳的排放， 降低温室 效应。 利用热泵机组供暖与传统的供 暖方式相 比， 具 有环保安全 、 节能高效的优势。控制系统先进 ， 具有 集 中监控和远程监 控的接 口设计 、 独特 的气候补偿 控制、 人性化的操作界面； 安全保护功能完备； 符合 国家政策， 节约标煤可获得 国家政策奖励 3 0 0 T v t 。 1 吸收式热泵技术及特点 2 蒸汽型溴化锂吸收式热泵技术介绍 吸收式热泵全称为第一类溴化锂吸收式热泵 ， 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 8 2 2 蒸汽型 溴 化 锂 吸 收 式 热 泵 运 行 流 程 如 图 1 所示。 热泵包括蒸发器 、 吸收器 、 冷凝器 、 发生器 4大 第 3期 王海成 ： 吸收式热泵回收 3 0 0MW 供热机组循环水余热的效益分析 7 1 带热泵 ， 供热面积为 1 0 0 0万 m 。通过计算 以上 2 种情况下机组在供出同样热量及发出相等电量时的 全厂热经济指标 ， 计算出各种条件下的全厂热效率 、 发电煤耗 、 供热煤耗 、 机组 的热耗率 以及燃煤量等。 3 3 2 机组不带热泵 ， 供热面积为 1 0 0 0万 m 3 3 2 1 平均热负荷 边界条件 ： 供热指标 ， 5 8 W m ； 采 暖期 室外平 均温度 ， 一1 1 6； 采 暖期室外计算温度 ，一2 5 o C； 采暖期室内计算温度 ， l 8 。 平均热负荷计算公式为 Pa y ， 式中： P 为平均热负荷 ； P 为最大热负荷 ； i 为采 暖期室内温度 ； 为采暖期室外平均温度 ； 。 。 为采暖 期室外计算温度。根据此公式 ， 可计算 出采 暖期 的 平均热负荷为 4 0 0 M W。 3 3 2 2 采暖抽汽量 汽轮发 电机组不带热泵 时， 所有热负荷均 由热 网加热器承担。采暖抽汽量计算公式为 P ， q v c 而 j o， 式中： g 为采暖抽汽量， t h ； P 为平均热负荷 ， 4 0 0 M W； 为五段抽 汽 比焓 ， 3 0 3 0 k J k g ； h 为热 网加 热器疏水 比焓 ， 6 6 0 k J 。 根据此公式 ， 可计算 出全厂 的抽汽量为 6 0 7 0 t h ， 则每 台汽轮机 至热 网加 热器 的五段抽 汽量为 3 0 3 5t h。 3 3 2 3 发电功率 由于该 电厂在承担供热任务的同时还需承担发 电任务 ， 根据电厂提供 的 2 0 1 2年度发电数据， 机组 至少应满足 1 8 9 MW 的发 电出力。 3 3 2 4 全厂燃煤量 燃煤量计算公式为 ( q v s h 一q v h )+q ( h 一h 1 ) ql 式 中： m为燃煤量 ； g 为主蒸汽流量 ， 7 2 1 3 t h ； 。 为主蒸汽比焓 ， 3 3 9 6 k J k g ； g 为主给水流量 ， 7 0 1 4 t h ； 为给水 比焓 ， 1 2 0 0 k J k g ； q 为再 热蒸 汽流 量 ， 6 1 6 t h ； h 为再热热段蒸汽 比焓 ， 3 5 3 9 k J k g ； h l 为再热冷段蒸汽 比焓 ， 3 0 2 1 k J k g ； 叼 b 为锅炉效率 ， 9 2 ； Q， 为 自然煤低位发热量 ， 2 0 9 2 0 MJ k g 。 根据上式 ， 按采 暖期 1 8 2 d考虑 ， 计算得 出采暖 期全厂 2台锅炉总燃煤量为 6 2 4 3 2 9 k t ( 折成标 煤后) 。 3 3 2 5 采暖期全厂发电热耗率 根据采暖期 1 8 2 d可计算 出发电设备运行小时 数为4 3 6 8 h ， 采暖期总供热量为 6 2 7 9 1 0 k J ， 发 电功率为 3 7 9 0 9 2 M W， 采暖期发电热耗率的计算公 式为 d= 1 0 0 01 0 3 q l ( h 。 lh 1 )+ g 1 ( h l h 1 1 )+q w( h s 2一h )+ q w 2 ( h r 2一h ) 一q t ( P 7 7 b 叼 )， 式中： 为锅炉效率 ， 9 2 ； 7 7 。 为管道效率 ， 9 9 ； P 为发 电机 功率 ， 3 7 9 0 9 2 MW； q为全 厂 总供 热 量 ， 6 2 7 91 0 k J ； t 为发 电设 备采 暖期利 用小 时数 ， 4 3 6 8 h ； 下标 1 表示 1机组 ， 下标 2表示 2机组 。 经 过 计 算 ， 采 暖 期 发 电 热 耗 率 为 7 0 6 2 2 k J ( k W h ) 。 3 3 2 6 供热煤耗 对于抽凝供热式机组 ， 供热煤耗的公式为 B = q o b 7 7 式中： 为供热煤耗； Q 为标准煤发热量， 2 9 3 0 7 6 k J k g 。经计算 ， 供热煤耗为 3 7 4 9 0 9 k g G J 。 3 3 2 7 采暖期全厂发电标准煤耗 B f = 】 ” h V 式中： 为采暖期总发电量 ， 1 6 61 0 k W h 。经计 算 ， 采暖期发电标准煤耗为 0 2 3 4 2 9 1 k g ( k W h ) 。 3 3 2 8 采暖期全厂热效率 +Q l O O O 7 一 m0 计算得 出采暖期全厂热效率为 6 6 9 7 6 。 3 3 3 机组带热泵 ， 供热面积为 1 0 0 0万 IT I 根据电厂 2 0 1 2年度供热统计数据 ， 室外温度区 间为 一1 5以下 ， 一1 5一 5， 一 5 5时的数据 见表 l 。 表 1 2 0 1 2年度供热参数统计 根据该 厂 2 3 0 0 M W 机组的设计 以及未来 的 发展规划 ， 2 0 1 3年度采暖季供热面积将增大至 1 0 0 0 万 i n ， 最大热网水流量为 1 0 0 0 0 11 3 h 。根据供热量 折算不 同室外温度区间的热网水流量 ， 见表 2 。 由以上 3 个供热区间段内的水量及供 回水温 度 ， 可分别折算 出 3个 区间内的供 热量 。由供 热量 可折算 出抽 汽量 ， 根据不 同的抽汽量及 1 8 9 MW 的 发电功率 ， 由于余热水温度升高而背压提高到 6 6 k P a ， 可计算出3 个不同室外温度区间内的热平衡， 7 2 华 电技 术 第3 6卷 得出的计算结果见表 3 。 表 2 2 0 1 3年度供热参数折算 锄 ( t h 网 - 注 ： 流量根据供热量按 比例折算 。 表 3 投入热泵后能耗指标计算结果 注 ： 以上数据 的计算方法 与上一节 中的公式一致 。 因此 ， 在供热量相 同、 发 电量相同的条件下 ， 带 热泵机组 比不带 热泵机组每个采 暖季可节 约标 煤 6 2 4 3 2 9 5 8 4 7 0 7= 3 9 6 2 2( k t ) 。 4经济投资及效益分析 4 1 投资情况 该工程静 态 投 资 1 2 0 7 0万元 ， 单位 造 价 2 0 1 ； F t _ k W； 工程动态投资为 1 2 2 3 2万元 ， 单位造价 2 0 4 k W； 建设期贷款利息 1 6 2万元。总投 资收益率 为 2 0 0 3 ， 项 目资本金内部收益率为 6 8 0 0 。 4 2 节能计算 在供热量相同、 发电量相同的条件下 ， 带热泵机 组比不带热泵机组每个采暖季可节约标煤 3 9 6 2 2 k t 。 4 3环保效益 项 目建设 的目的旨在对现有供热机组的循环水 余热进行回收利 用 ， 项 目实施后 ， 每年 可节约标煤 3 9 6 2 2 k t ， 仅此一项每年可减少粉尘排放 3 4 5 4 6 t ， 减少 S 0 2 排放 1 5 4 0 9 t ， 减少 N O 排放 1 5 9 0 6 t ， 减 少 C O ， 排放 1 0 5 0 0 k t 。可见 ， 该工程的环保效益是 十分明显的。 5 结论 采用水源热泵系统对 3 0 0 Mw 供热机组 的低温 循环水进行余热回收， 可有效减少循环水 的蒸发损 失 以及对环境的热污染 ， 能较好地实现能源 的再利 用。热泵技术利用溴化锂作为工质进行热量 回收 ， 没有燃烧过程 ， 不排放废气 、 废水 、 废渣 ， 仅是将循环 水 中的余热资源加 以回收并用于采暖 ， 符合可持续 发展和环保的要求 。整个系统稳定可靠 ， 舒适性高 ， 充分体现了系统经济 、 节能 、 环保 的特点 。不仅有 良 好的节能降耗的作用， 而且具有明显的环保减排效 果 ， 并可缓解城市热网热源不足的问题 ， 在同类型供 热机组上具有一定的推广价值 。 参考文献 ： 1 曹勇， 王钟 ， 赵连东 3 0 0 MW 供热机组利用循环水余热 供热技术研究项 目可行性研究报告 R 长春 ： 东北电力 设计院， 2 0 1 3 2 郭小丹 ，