（工程热物理专业论文）电厂循环水余热利用方案的研究.pdf

摘要 当今世界，节能已成为一项重要的研究课题。发电厂作为耗能大户，存在大量 循环水余热没有得到有效利用，浪费严重。因此，如何利用循环水余热成为电厂节 能的重要任务。 本文针对电厂存在的大量循环水余热，提出三种利用方案，包括水源热泵方案、 烟塔合一方案和汽轮机低真空运行方案。分别介绍三种方案的工作原理，通过结合 工程实例，与传统凝汽式机组进行比较，分析其经济效益和环保效益。然后，利用 动态投资回收期法，对三种方案进行技术经济比较。通过本文的研究，为电厂循环 水余热利用的方法提供了依据。 关键词：节能，水源热泵，烟塔合一，低真空 a b s t r a c t i nt o d a y sw o r l d ，e n e r g y s a v i n gh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tr e s e a r c ht o p i c a sa m a l n u s e ro fe n e r g yc o n s u m p t i o n ，t h ep o w e rp l a n th a sal a r g en u m b e r o fc i r c u l a t i n gw a t e rh e a t w h i c hi sn o tu s e de f f e c t i v e l ya n dw a s t e ds e r i o u s l y s o ，h o wt ou s er e c y c l e d w a t e rh e a ti s a ni m p o r t a n tt a s ko ne n e r g y s a v i n gf o rp o w e rp l a n t s i nt h ep a p e r ，t h r e ek i n d so fu s i n gp r o g r a m sa r ep u tf o r w a r df o rm u c hc i r c u l a t i n g w a t e rh e a ti nt h ep o w e rp l a n t ，i n c l u d i n gt h ep r o g r a mo fw a t e r s o u r c eh e a tp u m p ，n a t u r a l d r a f tc o o l i n gt o w e rw i t hf l u eg a si n j e c t i o na n dl o w 。v a c u u mo p e r a t i o no f t h es t e a m t u r b i n e t h ew o r kp r i n c i p l eo f t h r e ep r o g r a m si si n t r o d u c e ds e p a r a t e l y ，a n d t h e n c o m p a r e d w i t ht r a d i t i o n a lc o n d e n s i n g s t e a mt u r b i n eu n i t s ，t h e e c o n o m l ca n d e n v i r o n m e n t a lb e n e f i t so ft h e ma r ea l s oa n a l y z e dt h r o u g ht h ee n g i n e e r i n ge x a m p l e s t h e n t h et e c h n o l o g ya n de c o n o m yo ft h r e ep r o g r a m si sc o m p a r e db yu s i n g t h ed y n a m l c r e c o v c r yp e r i o do fe n g i n e e r i n gi n v e s t m e n t t h r o u g h t h es t u d yo ft h ep a p e r ，t h eb a s i so | ! t h eu t i l i z a t i o nm e t h o do fc i r c u l a t i n gw a t e r h e a ti sp r o v i d e df o rp o w e rp l a n t s w a n gf e n g ( e n g i n e e r i n gt h e r m o p h y s i c s ) d i r e c t e db yp r o f x ue r s h u k e yw o r d s ：e n e r g y s a v i n g ，w a t e rs o u r c eh e a tp u m p ，n a t u r a ld r a f tc o o l i n gt o w e r w i t hf l u eg a si n j e c t i o n ，l o w - v a c u u m 华北电力大学硕士学位论文 目录 摘要 a b s t r a c t 第一章绪论。1 1 1 课题背景及研究意义1 1 1 1 我国的能源现状。1 1 1 2 回收电厂循环水余热的意义。2 1 2 国内外研究现状3 1 3 本文的主要研究内容。4 第二章利用水源热泵回收循环水余热6 2 1 热泵技术。6 2 1 1 热泵技术的发展6 2 1 2 热泵技术的原理6 2 1 3 热泵系统的性能分析7 2 2 水源热泵系统方案设计一8 2 2 1 水源水系统分析8 2 2 2 冬季电厂循环水与热泵相结合的方式。9 2 3 利用循环水源热泵机组供暖的实例一1 1 2 3 1 工程概况11 2 3 2 设计参数。11 2 3 3 系统设计热负荷1 2 2 3 4 系统设备的确定1 4 2 3 5 费用分析1 6 2 3 6 水源热泵系统环保性分析1 8 第三章电站烟塔合一技术1 9 3 1 烟塔合一技术1 9 3 1 1 烟塔合一技术的概念1 9 3 1 2 烟塔合一技术的发展1 9 3 1 3 烟塔合一技术类型2 0 3 1 4 烟塔合一技术运用的条件2 1 3 2 烟塔合一电站循环冷却水系统2 2 3 2 1 循环水量及水温的要求2 2 3 2 2 对循环冷却水水质的影响2 2 3 3 烟塔合一电站经济性分析2 3 3 3 1 节约投资2 3 3 3 2 新增投资2 3 3 3 3 初投资比较2 4 3 4 烟塔合一电站环保性分析2 5 3 4 1 烟气排放模式的选择2 5 3 4 2 模式计算参数一2 9 3 4 3 烟气抬升高度和落地浓度的比较2 9 l 华北电力大学硕士学位论文 第四章低真空循环水供热3 2 4 1 循环水余热的低真空利用方式。3 2 4 1 1 低真空运行的背景3 2 4 1 2 低真空运行的工作原理3 2 4 2 工程实例3 4 4 2 1 工程方案的设计3 4 4 2 2 工程经济性分析3 5 4 2 3 工程环保性分析3 8 4 3 低真空运行对机组的影响。3 9 4 3 1 低真空运行对发电功率的影响3 9 4 3 2 低真空运行对气缸膨胀量的影响3 9 4 3 3 低真空运行对轴向推力的影响4 0 4 3 4 低真空运行对凝汽器的影响4 1 第五章循环水余热利用方案的技术经济和环保性分析。4 2 5 1 系统方案的技术经济性评价。4 2 5 1 1 技术经济评价标准4 2 5 1 2 确定系统方案4 3 5 2 利用动态投资回收期法分析4 3 5 3 环保性分析4 6 5 3 1 水源热泵的方案。4 6 5 3 2 烟塔合一方案。4 7 5 3 3 低真空运行方案。4 7 5 4 j 、结4 7 第六章结论4 8 参考文献5 0 致谢5 3 在学期间发表的学术论文和参加科研情况5 4 l l 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题背景及研究意义 1 1 1 我国的能源现状 第一章绪论 我国是发展中国家，正处于工业化和城市化的建设中。随着我国经济的快速发 展，能源的消费量也在不断增加。目前，我国是世界上第二大能源生产国和消费国， 已经成为世界能源市场不可或缺的重要组成部分。近年来，我国能源发展取得了巨 大成就。2 0 0 7 年，我国一次能源生产总量为2 3 5 4 亿吨标准煤，居世界第2 位。其 中，煤炭产量占7 6 6 ，原油产量占1 1 3 ，天然气产量占3 9 ，水电、核电、风 电产量占8 2 。2 0 0 7 年，我国能源消费总量为2 6 5 6 亿吨标准煤1 1 1 。 我国能源除了总量大以外，还有其自身的特点。 首先，我国能源资源品种丰富，但人均占有量较少。我国能源统计数据显示： 我国一般能源总资源量超过8 2 3 0 亿吨标准煤，探明剩余可开采总储量为1 3 9 2 亿吨 标准煤，约占世界总量的1 0 1 引。其中，煤炭保有储量为1 0 0 2 4 9 亿吨，精查可采 储量为8 9 3 亿吨，居世界第3 位；水力可开发装机容量为3 7 8 亿千瓦，居世界第1 位；而优质化石能源相对不足，石油资源量为9 3 0 亿吨，天然气资源量为3 8 万亿 立方米，现已探明的石油和天然气储量仅分别占全部资源量的约2 0 和约3 。由 于我国人口众多，因而人均资源占有量相对匮乏。各种能源资源的人均占有量不到 世界平均水平的1 2 。图1 1 是我国主要资源人均占有水平与世界平均水平的比较1 3 j 。 水 熊 斌 祀 l 露 _ 煤炭水天然气石油 图1 1 我国主要资源人均占有水平与世界平均水平的比较 其次，我国能源结构不合理，能源消费以煤为主。改革开放以来，我国能源结 构总体上朝着优质化方向发展。煤炭消费占能源消费总量的比重由1 9 9 0 年的7 6 2 ， 1 华北电力大学硕士学位论文 2 0 0 2 年的6 6 3 。近年来，煤炭占能源消费的比重又有所上升，2 0 0 6 年达 ，而发达国家这一比重平均只有2 l 左右。我国是世界上最大的煤炭生产 费国，在一次能源消费构成中，煤炭的份额比世界平均值高4 1 个百分点， 比重低3 6 个百分点，水电、核电的比重低5 个百分点【3 l 。目前，清洁能源、 能源的开发利用还不充分，风能、太阳能、生物质能发展尚处于起步阶段， 改善能源结构的任务非常艰巨。 三，我国能源利用效率比较低。发改委环境和资源综合利用司的调查显示， 源利用效率仅为3 3 左右，比发达国家低1 0 个百分点，单位产值能耗是世 水平的两倍多。按照单位产品能耗和终端用能设备能耗，与国际先进水平进 ，我国的节能潜力约为3 亿吨标准煤。改革开放以来，我国能源利用效率明 。从能源消费来看，按1 9 9 0 年不变价格计算，每万元g d p 能耗从1 9 9 0 年的 2 6 8 吨标准煤下降到2 0 0 7 年的1 0 6 吨标准煤，降幅超过6 0 。从能源生产来看， 2 0 0 7 年我国平均每千瓦时发电煤耗为3 5 7 克，与“十五 期间比较下降了2 0 克左 右。 第四，我国能源需求迅速，生态环境压力明显。在需求快速增长的驱动下，我 国能源生产增长很快，煤炭增长尤为迅速。过去6 年，我国原煤年产量增加了近1 2 亿吨，2 0 0 7 年产量达到2 7 1 6 亿吨，约占全球产量的4 0 。然而，煤炭大量生产和 使用中存在一系列问题，如资源回采率低、浪费严重，安全事故多发、死亡率高， 对地表生态和地下水系破坏大【3 1 。另外，以煤电为主的能源结构对环境影响很大， 不利于经济的健康持续发展，造成了我国严重大气污染。联合国公布的数字表明： 1 9 6 5 至1 9 9 8 年，全球二氧化碳排放量翻了一番。燃烧矿物燃料产生的温室气体， 是全球温室气体的最主要来源，所占份额达到7 5 。在用煤炭发电的过程中，产生 大量的粉尘、c 0 2 、s 0 2 ，加剧了大气的温室效应和产生大面积的酸雨，给我国的生 态环境造成严重威胁1 4 j 。 1 1 2 回收电厂循环水余热的意义 能源是国民经济发展的基础，深入开展节能工作，不仅是缓解能源矛盾和保障 国家经济安全的重要措施，而且也是提高经济增长质量和效益的重要途径。本世纪 的头2 0 年，我国工业化和城镇化进程将进一步加快，需要较高的能源增长作为支 撑。因此，节能工作对促进整个经济社会发展的作用日益凸显，国家已经把节能作 为可持续发展的大政策。 目前，我国大中型城市普遍存在着集中供热热源不能满足迅速增加的供热需求 的情况，而新建大型热源投资高、建设周期长，并受到城市环境容量的强烈制约。 为了缓解供热紧张的局面，一些地方盲目发展小型燃煤锅炉房，严重恶化了城市的 2 华北电力大学硕士学位论文 大气环境；一些城市盲目发展燃气采暖、甚至电热采暖，在带来高采暖成本的同时， 也引发了城市的燃气和电力资源的全面紧张。一方面，是燃用高品位的化石燃料来 提供低品位的热能用于供暖和提供生活热水。另一方面，城市周边的火力发电厂在 发电过程中，通过冷却塔将大量的低品位热量排放到大气中，造成了巨大的能源浪 费和明显的环境湿热影响【5 1 。因此，如果能将循环冷却水余热用于供热( 采暖、生 活热水等) ，不仅能够减少电厂冷却水散热造成的水蒸发损失和环境的热污染，而 且能够缓解采暖带来燃气和电力资源的紧张局面。同时，实现能源的梯级利用，节 约大量燃料，提高能源综合利用率。 以北京地区为例，2 0 0 4 年建筑采暖用能占全市能源消费总量的1 7 3 。近年来， 新建采暖建筑面积不断扩大，北京冬季供暖能源需求持续增加。预计到2 0 1 0 年建 筑采暖能耗需求为1 5 1 9 万吨标准煤，占北京市能源消费总量的2 3 4 。目前，北京 五大热电厂和热力集团所属六个供热厂的供热能力都已达到极限。北京热电厂普遍 采用的抽凝式汽轮机组，即使在冬季最大供热工况下，也有占热电厂总能耗1 0 - - 2 0 的热量由循环水( 一般通过冷却塔) 排放到环境。根据调研，北京并入城市热网的 四大热电厂在冬季可利用的循环水余热量就达1 0 0 0 m w 以上，远期规划余热量将达 约1 7 0 0 m w 。如果将这些余热资源加以利用，仅仅考虑有效利用现有的余热量，就 相当于在不新增电厂装机容量和不增加当地污染物排放的情况下，可新增供热面积 3 0 0 0 万平方米以上。因此，利用电厂循环水余热供热是一种极具吸引力的城市集中 供热新形式【6 j 。 1 2 国内外研究现状 我们知道，火电厂具有丰富的余热资源，燃料燃烧后，其总发热量中只有3 5 左右转变为电能，而6 0 以上的能量主要通过烟气和循环冷却水散失到环境中，白 白浪费掉了。其中，循环水带走的热量占到绝大多数。以1 0 0 0 m w 汽轮机组为例， 循环水量约为4 0 m 3 s ，循环水出口温度约为2 0 - - 3 5 * ( 2 ，超过环境温度为8 1 3 。c ， 该温升所蕴含的热量约1 2 1 0 6 , - - , 1 9 1 0 6 l 【j s ，年运行时间为5 0 0 0 小时，该热量 折合标准煤约为7 0 1 1 4 万t a 。 根据热力学第二定律，循环水温度不可能低于当地的环境水温度，这一损失热 量对于火电厂热机生产过程是不可避免的。也就是说，冷端损失不可避免。那么如 何利用这部分余热，成为人们关注的焦点。 一般来说，要从根本上减少冷端损失，应当从热力循环优化着手。通过提高汽 轮机新蒸汽的温度和压力，降低排汽压力，可以采用超临界和超超临界参数的机组； 以及采用中间再热循环等提高电厂热效率。或者，从电厂的功能配置来改进热力发 电厂的效率。提倡热电联产系统，热电冷联合生产，燃气蒸汽联合循环机组生产等 气 华北电力大学硕士学位论文 a 随着热泵技术的日益成熟和快速发展，为推广循环水余热回收利用提供了可靠 技术保证。在美国，水源热泵的研究和应用偏重用于住宅和商业小型系统，大多 用水空气系统，比如有大家熟知的t r a n e 推出的产品。在大型建筑方面，美国 行w l h p 系统，即水环热泵系统。对于地源热泵系统来说，瑞典、瑞士、奥地利、 国等国家主要利用浅层地热资源，地下土壤埋盘管( 埋深 ，分别为周围空气密度和 烟气相对周围密度的余值，k m 3 ；q 。，q d 分别为环境水汽量和烟气相对周围水汽量 的余值，g k g ；岛为烟气相对周围大气水汽总量的余值，g k g ；e 为烟气轨迹与水平 面之间的角度，( 角度) ；r 为烟气半径，m ；b 为烟气宽度，m ；e 为周围空气的 混合率，e = 一u d ( r ) r ；c d 为气压函数的拖曳系数；c p 为比热；l 为蒸发比热。 2 6 华北电力大学硕士学位论文 冷却塔烟气排放相对于烟囱排放而言具有显著的热含量，u d ，t d ，p d 和气等物 理量描述了冷却塔排放烟气的特征。在假定这些量具有相似分布特征条件下，上述 方程的r 从0 积分到。c ，得到描述风速、温度、总体水量截面最大值量和变量o ，b 的 微分方程式。在关系式d z = d s s l n 0 和d x = d s c o s 0 的帮助下，这些变量从s 坐标转 为x ，z 坐标函数。 3 4 1 2 烟囱排放烟气抬升高度计算公式 为了与冷却塔排烟高度进行对比，使用德国验证和规范后的烟囱排放烟气抬升 高度的计算公式【3 3 1 。 ( 1 ) 不稳定条件下： 曲一3 3 馏0 。3 3 n 6 6 7 h 一1 ( 3 6 ) 幽。a1 4 6 q 0 。6 0 0 。1 ( 3 7 ) l + hs1 1 0 0( 3 8 ) 式中，q 为排放热量，m w ；x 为距离排放源的水平距离，m ；u 为源高风速， m s ；h 为源高，m ；h 为烟气抬升高度，m 。 ( 2 ) 中性条件下： ( 3 ) 稳定或极稳定条件下： j l = 2 8 4 q 0 3 3 3 x 0 6 6 7 u 一1 j l 一1 0 2 q0 。1 幽+ hs8 0 0 = 3 3 4 ( 2 0 3 3 k o 6 6 7 比一1 j z 。；7 4 4 q0 3 3 3 u m 3 3 3 ( 极稳定) ( 3 9 ) ( 3 1 0 ) ( 3 1 1 ) ( 3 1 2 ) ( 3 1 3 ) 幽。= 8 5 2 q o 3 3 3 u 加3 3 3 ( 稳定) ( 3 1 4 ) 华北电力大学硕士学位论文 其中，源高处环境风速： h ( 帆” ( 3 1 5 ) 式中，t l 量，z 为地面常规风速和观测高度：i n 为随稳定度变化的指数，其中： 极不稳定m = o 0 9 ，不稳定m = o 2 0 ，中性im = o 2 2 ，中性i i1 1 1 = o 。2 b ，稳定m = o 3 7 ， 极稳定m = o 4 2 。 3 4 1 3 德国导则规范的污染物扩散模式 污染物扩散依照德国2 0 0 2 年空气清洁标准研制模式( v d l3 9 4 5 第三部分) ， 其算法采用拉格朗日方法，通过计算污染物喷烟团的路径和空间分布来确定污染物 的浓度。该模式烟团的输送和扩散由随机过程来确定【3 4 1 。 ( 1 ) 烟团位置移动和湍流变化形式为： z = 戈+ f 【y ) + u + u 】 雎= l 王，g ) 五+ ( 3 1 6 ) ( 3 1 7 ) 式中，x ，u 为时间t 时刻的烟团位置和湍流风速；殳，盎为时间t t 时刻的值；v ( 匐 为平均风速；u 为附加风速，像烟气热力作用的抬升，沉降等；d 为速度增值；￥为 马尔可夫过程因子。 ( 2 ) 质量变化公式： m ”- ，；l ”+ z 彳叩，；l 芦 脚 ( 3 1 8 ) 式中，种，m 4 为物质u ，p 被一个颗粒输送掉的质量。转换矩阵系数氏u 跟时间1 无关， 并满足z l l a b 时，表示方案的风险较大，缺乏竞争力，方案是不可行的。 评价多方案时，在达到同样目标的几个方案中，一般把投资回收期最短的方案 作为最优方案。 4 2 华北电力大学硕士学位论文 5 1 2 确定系统方案 ( 1 ) 水源热泵回收循环水余热方案，以三河电厂二期工程2 x 3 0 0 m w 机组为 例，供热对象为燕郊上上城第二季，该小区新建建筑面积2 5 万平方米，现利用循 环水余热为居民冬季供暖和提供生活热水。这种利用方式是在常规电厂的基础上进 行改造，电厂内部主要集中在循环水至冷却塔的管路上，需要铺设单独的管网把循 环水送到供热站内的热泵机组，从热泵机组出来的循环水再接入原循环水回水管路 上，对电厂的其他设备没有影响。在供热小区内，需要进行较大的投资，新建热泵 机房，铺设管线和购买设备等。 ( 2 ) 烟塔合一技术方案，循环水经自然通风冷却塔冷却后，在冷却塔内部形 成巨大的热湿空气，热湿空气对净烟气形成一个环状气幕，对净烟气形成包裹和抬 升，增加其抬升高度，从而促进烟气的排放。该方案以三河电厂新建二期工程的2 台国产东方型3 0 0 m w 供热机组为例，配置形式为一炉一塔，3 、4 号机组都采用冷 却塔排放烟气，分别于2 0 0 年8 月、2 0 0 7 年1 0 投产发电。 ( 3 ) 凝汽式汽轮机低真空运行方案，以某电厂一台1 2 m w 的机组为例，嚣对该 机组进行低真空改造，通过提高排汽压力，提高排汽温度，使循环水出口温度升高， 达到设计标准。循环水可以直接作为热媒，通过新建供热管道进行输送。设计热网 供水温度为6 5 ，热网回水温度为5 5 c ，对某建筑面积为6 0 万m z 的小区进行供 暖改造。 5 2 利用动态投资回收期法分析 利用动态投资回收期法的计算方法，结合前面对水源热泵回收循环水余热方 案、烟塔合一方案和低真空运行方案工程实例的分析，主要包括各个方案的初投资、 运行费用和收入等经济指标，分别计算三种方案的动态投资回收期。 ( 1 ) 水源热泵方案 根据第二章水源热泵系统供暖实例的分析，在该方案中，系统初投资为3 7 4 3 9 万元( 包括用户末端的投资费用) ，年运行费用为4 5 0 5 7 万元，年收益为1 7 4 8 万 元，按照列表法进行计算，系统方案的现金流量表如表5 1 所示。 4 3 华北电力大学硕士学位论文 由于动态投资回收期就是累计折现值为零时的年限，则动态投资回收期按公式 ( 5 2 ) 计算可得： t e = 4 _ 1 + 1 - 龇5 1 7 l 4 1 。3 5 8 年 ( 5 3 ) 那么，该方案的动态回收期为3 5 8 年。 ( 2 ) 烟塔合一方案 根据第三章烟塔合一电站工程的实例分析，在该方案中，工程初投资为7 9 0 0 万元，运行费用为每年增加的水耗费用3 0 万元，收入费用为每年节省的运行和维 护费用9 5 0 万元，且两者都是相对值。其中，运行费用指烟塔合一方案相对于原烟 囱排烟方案的增加值，收入费用是该方案相对于原烟囱方案节省的费用，按照列表 法进行计算，系统方案的现金流量表如表5 2 所示。 华北电力大学硕士学位论文 由于动态投资回收期就是累计折现值为零时的年限，则动态投资回收期按公式 ( 5 2 ) 计算可得： z 。；1 3 1 + - 6 7 9 = 1 2 0 4 年( 5 - 4 ) 乙2 1 3 1 + 而丽 年 那么，该方案的动态回收期为1 2 0 4 年。 ( 3 ) 低真空运行方案 根据第四章低真空供暖实例的分析可知，在该方案中，是对原小区供暖系统的 改造，系统初投资费用为2 7 3 2 万元( 不包括用户末端的投资费用) ，年运行费用 为4 7 7 0 9 万元，年收益为1 2 1 4 0 4 万元，按照列表法进行计算，系统方案的现金流 量表如表5 3 所示。 4 5 华北电力大学硕士学位论文 7 表5 - 3 现金流量表 年投资万费用万收入万净现金流现值系数( 利率净现金流累计净现 份元元元量万元i = 1 0 ) 量折现值金流量折 万元现值万元 02 7 3 200- 2 7 3 212 7 3 22 7 3 2 104 7 7 0 91 2 1 4 0 47 3 6 9 50 9 0 9 16 6 9 9 62 0 6 2 0 4 204 7 7 0 91 2 1 4 0 47 3 6 9 5 0 8 2 6 46 0 9 0 21 4 5 3 0 2 304 7 7 0 9 1 2 1 4 0 4 7 3 6 9 50 7 5 1 35 5 3 6 78 9 9 3 5 404 7 7 0 91 2 1 4 0 47 3 6 9 50 6 8 3 05 0 3 3 43 9 6 0 1 504 7 7 0 91 2 1 4 0 47 3 6 9 50 6 2 0 94 5 7 5 76 1 5 6 由于动态投资回收期就是累计折现值为零时的年限，则动态投资回收期按公式 ( 5 2 ) 计算可得： t t , - 5 - 1 + 丽1 - 3 6 9 0 1 。4 8 7 年 ( 5 5 ) 那么，该方案的动态回收期为4 8 7 年。 投资回收期是经济效益的逆指标，该指标值越小，说明该方案回收投资期间的 经济效益越好。通过对三种方案动态投资回收期的比较可知，水源热泵供热方案的 回收期最短，低真空循环水供热方案次之，烟塔合一方案的回收期最长。 5 3 环保性分析 5 3 1 水源热泵的方案 根据三河发电有限公司二期集控运行规程可知，循环水量为1 8 0 7 2 m 3 h 。在本 工程实例中，水源热泵机组在满负荷运行时，利用的循环水量为1 1 8 2 m 3 h ，不到电 厂循环水总量的1 0 。可以看出，热泵仅仅完成了对很少一部分循环水的冷却作用， 不会对发电厂原热力系统产生较大的影响。本工程利用水源热泵机组来进行供暖和 提供生活热水，相当于在不增加新建热电厂、新建供热锅炉的情况下，可增加供热 面积2 5 万平方米。经计算，每年可节约用煤4 1 3 3 吨，同时减少c 0 2 排放1 8 1 8 吨， 减少s 0 2 排放8 2 6 6 吨，减少烟尘排放6 2 吨，减少灰渣排放1 0 7 4 6 吨，环保效果 明显。 华北电力大学硕士学位论文 5 3 2 烟塔合一方案 在本该方案中，比较了1 2 0 m 高的冷却塔和2 4 0 m 高的烟囱排放烟气对地面造 成的附加质量浓度。由结果可以看出，烟气通过1 2 0 m 的冷却塔排放，s 0 2 地面浓 度年均值为0 1 6 r t g m 3 ，p m l o 地面浓度年均值为o 0 2 r t g m 3 ；烟气通过2 4 0 m 烟囱排 放，s 0 2 地面浓度年均值为0 3 6 弘g m 3 ，p m l 0 地面浓度年均值为o 0 4 1 a g m 3 ，显然前 者环保性更好。但是，与原来传统的电厂相比较，如果电厂每年供电量、供热量都 不变的话，其实污染物排放的总量并没有减少，用煤量并没有节省，减少的只是排 放的落地浓度，只是对电厂周边几公里范围内的空气质量会有明显的好转，并没有 解决根本性的问题。 。 5 3 3 低真空运行方案 结合本工程实例可知，循环水流量为2 3 0 0 m 3 h ，将其全部用来供热。汽轮机低 真空运行改造后，循环水被加热到6 5 。c ，可以直接供给热用户使用。相当于在不新 建热源的情况下，可新增供热面积6 0 万平方米。经计算，每年可节约用煤1 2 9 1 6 吨，同时减少c 0 2 排放5 6 8 3 吨，减少s 0 2 排放2 8 5 吨，减少烟尘排放1 9 4 吨，减 少灰渣排放3 3 5 8 吨，环保效果明显。 5 4 小结 从技术经济性方面来说，本章利用动态投资回收期法，分别计算三种方案的回 收期。通过计算可知，水源热泵供热方案的回收期为3 5 8 年，烟塔合一方案的回收 期为1 2 0 4 年，低真空运行方案的回收期为4 8 7 年。显然，投资回收期越短，其经 济性越好。从环保性方面来说，水源热泵方案和低真空运行方案，都是利用循环水 余热进行供暖，相当于在不新建热源的基础上，可新增供热面积，能大大节约用煤 量，污染物排放总量亦减少；而烟塔合一方案，对污染物落地浓度的减少，效果明 显。 4 7 华北电力大学硕士学位论文 第六章结论 文研究的主要内容是电厂循环水的余热利用，对于凝汽式( 包括抽凝式) 汽 来说，高温高压的蒸汽通过汽轮机膨胀做功，乏汽经凝汽器放出凝结潜热后， 变成凝结水返回锅炉，完成循环。同时，流经凝汽器的循环冷却水吸收了乏汽的潜 热，通过自然通风冷却塔把热量释放到大气中。由于，循环水出口温度比较低( 一 般是2 0 + - 3 5 ) ，属于低品位热源，不能直接利用。但是，循环水所携带的热量巨 大，损失的热量约占燃料燃烧热量的6 0 左右。如何利用这部分低温热源，对于电 厂节能意义重大。本文针对此问题，分析三种利用循环水余热的方案，以及其经济 性和环保性。利用技术经济评价方法，计算了三种方案的动态投资回收期。 1 、利用水源热泵回收电厂循环水余热，是以电厂循环水为低位热源、利用热 泵产生较高温度的热水供热，可以方便灵活的实现供热量与用户需求之间的“质” 与“量”的匹配，不会对发电厂原热力系统产生较大影响。经过实例分析可知，利 用循环水总流量的1 0 ，就可以对2 5 万平方米的建筑物供热和提供生活热水。冬 季提供供暖热量8 4 6 7 2 g j ，全年提供生活热水热量6 0 4 8 0 g j 。通过技术经济分析， 得到动态投资回收期为3 5 8 年。利用该方案，实现全年节煤为4 1 3 3 t 。减少c 0 2 排 放1 8 1 8 吨，减少s 0 2 排放8 2 6 6 吨，减少烟尘排放6 2 吨，减少灰渣排放1 0 7 4 6 吨， 环境效益显著。 利用水源热泵回收电厂循环水余热进行供热，供热煤耗主要地取决于热泵的 c o p 值，由于水源热泵的c o p 值可达到较高的数值，供热煤耗可望得到显著的降 低。因此，电厂循环水源热泵是回收利用电厂循环水余热进行供热的一种较理想方 式。 2 、采用烟塔合一方案，利用冷却塔巨大的热湿空气对脱硫后的净烟气形成一 个环状气幕，对脱硫后净烟气形成包裹和抬升，增加烟羽的抬升高度，从而促进烟 气中污染物的扩散。采用该技术，不但省略了湿法烟气脱硫系统的烟气再热器g g h ， 而且取消了烟囱；不仅可以提高火电厂的能源利用效率，而且大大简化了火电厂的 烟气系统，减少了设备初投资。 经工程实例分析可知，较烟囱排放初投资减少约1 8 3 0 万元；差异设备年运行、 维修维护费较常规烟囱排放低9 5 0 万元。烟气通过1 2 0 m 的烟塔排放和通过2 4 0 m 烟囱排放相比较，s 0 2 地面浓度年均值减少0 2 p g m 3 ，p m l o 地面浓度年均值减少 0 0 2 9 9 m a 。通过技术经济分析，得到动态投资回收期为1 2 0 4 年。这就说明，烟塔 合一技术具有较好的经济效益和环保效益。 3 、凝汽式汽轮机组低真空运行方式，是降低排汽真空，提高乏汽温度，用排 4 8 华北电力大学硕士学位论文 汽加热循环冷水作为热网热水，或将凝汽器作为热网的一级加热器。传统的低真空 运行机组类似于热电厂中的背压机组，其通过的蒸汽量决定于用户热负荷的大小， 所以发电功率受用户热负荷的制约，不能独立进行调节，其运行也是“以热定电”， 因而只适用于用户热负荷比较稳定的供热系统。通过工程实例分析可知，将循环水 余热全部用来供热，可新增供热面积6 0 万平方米，冬季为居民采暖提供热量 2 7 7 8 6 2 g j 。实现全年节煤为1 2 9 1 6 吨，减少c 0 2 排放5 6 8 3 吨，减少s 0 2 排放2 5 8 吨，减少烟尘排放1 9 4 吨，减少灰渣排放3 3 5 8 吨。通过技术经济分析，得到动态 投资回收期为4 8 7 年。显然，低真空运行方案，具有显著的经济效益和环境效益。 另外，机组低真空运行须对结构进行相应的改造，且仅适应于小型机组和少数 中型机组( 2 5 m w 以下) 。对有中间再热式汽轮机组的大型热电联产系统中，凝汽 压力过高会使机组的末级出口蒸汽温度过高，且蒸汽的容积流量过小，从而引起机 组的强烈振动，危及运行安全。 本文的结论是，利用水源热泵回收电厂循环水余热供热方案、烟塔合一方案和 发电机组低真空运行方式，与传统凝汽式机组相比较，都具有良好的经济性和环保 性。对于大型火电机组来说，采用水源热泵回收循环水余热比烟塔合一技术更具有 经济性。对于凝汽式发电机组低真空运行方案，鉴于安全性的考虑，仅仅局限于小 型机组和少数中型机组，不合适大型机组。 4 9 大 研 供 空 论 出 出 版 社，2 0 0 4 ，3 4 3 7 1 7 高岩，付林，燕达，等利用电厂循环冷却水的暖通空调方案选比暖通空 调，2 0 0 7 ，3 7 ( 1 ) ：2 5 2 7 1 8 徐文忠，冯永华火电厂循环冷却水废热热泵回收利用问题研究山东制冷 空调，2 0 0 7 ，2 8 6 - - 一2 8 8 1 9 井惟如烟塔合一技术概况华北电力技术，2 0 0 5 ，( 1 0 ) ：4 8 - 5 1 2 0 h a r t er ，k r a t z i gwb l a r g e s c a l ec o o li n gt o w e r sa sp a r t so fa l l 5 0 华北电力大学硕士学位论文 e f f i c ie n ta n d e c o l o g i ce n e r g yg e n e r a t i n gt e c h n o l o g y t h i n w a ll e d s t r u c t u r e s ，2 0 0 2 ，4 0 ：6 51 - - 。6 6 4 2 1 王广慧，李春学，王智广烟塔合一技术在湿法脱硫净烟气排放中的应用 节能与环保，2 0 0 8 ，( 4 ) ：2 4 - - - 2 6 2 2 秦松波烟塔合一技术上海电力，2 0 0 7 ，( 5 ) ：4 9 2 , - - , 4 9 5 2 3 林勇烟塔合一技术特点和工程数据环境科学研究，2 0 0 5 ，( 1 8 ) 1 ：3 5 , - - , 3 9 2 4 曹希萍，冯璨浅析排烟冷却塔及在国内工程中的应用电力勘测设 计，2 0 0 7 ，( 1 ) ：4 7 5 1 2 5 于国续烟塔合一技术于应用前景研究吉林电力，2 0 0 6 ，3 4 ( 2 ) ：1 4 2 6 v d l 3 7 8 4 第2 部分，环境气象学冷却塔烟气排放扩散模型，1 9 9 0 2 7 曾德勇，何育东国内烟塔合一工程初步设计思路吉林电力，2 0 0 5 ，3 4 ( 9 ) ：1 4 2 8 姚友成，侯宪安烟塔合一的冷却塔腐蚀与防护电力勘测设计，2 0 0 6 ， ( 5 ) ：1 7 2 0 2 9 安旭东，王宝福利用冷却塔排放烟气技术介绍电力勘测设计；1 2 0 0 6 ， ( 1 ) ：5 0 - 5 3 3 0 s c h a t z m a n nm ，p o l i c