引言

隨著我國城市規(guī)模的不斷擴大以及居民生活品質的提升,我國北方城鎮(zhèn)集中供熱面積增長迅速,城市供熱熱源緊張,這就對熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)供熱機組的供熱能力提出了新的要求。

對于能源消耗大戶火力發(fā)電廠來說,其燃料燃燒總發(fā)熱量中電能的轉化率只有35%～40%,而其余大部分的熱量主要通過鍋爐煙囪和循環(huán)水冷卻塔散失到環(huán)境中,凝汽冷凝造成的冷源熱損失一般約為2300kJ/kg。以600Mw發(fā)電機組為例,其主蒸汽量約為2000t/h,則凝汽熱損失約4.6×103GJ/h,折合標準煤約為157t/h。

乏汽熱量對于電廠來說作為廢熱被排放,但對于僅需低品位熱源的建筑采暖而言則是巨大的能源浪費。如果將低壓缸排汽的熱量應用于供熱,既可以大幅提高電廠綜合能源利用率,降低電廠煤耗,又能有效緩解供熱熱源不足的問題,有利于減輕大氣環(huán)境壓力。因此,對循環(huán)水余熱加以回收利用是提高發(fā)電廠能源利用效率的重要手段。

吸收式熱泵以熱能為動力,利用溶液的吸收特性將熱量從低溫熱源輸送至高溫熱源,是目前回收利用低品位熱能的有效方法,具有節(jié)約能源、保護環(huán)境的雙重作用[4]。利用吸收式熱泵的特點,將熱電廠循環(huán)水中的低品位熱能用于供熱,實現(xiàn)了在不改變裝機容量的情況下,提高了機組供熱能力和系統(tǒng)效率的目的,使電廠的綜合效率提高到70%～80%,即利用1個單位蒸汽驅動熱量,可回收0.65～0.85個單位低品熱量。

本文以某電廠300Mw供熱機組為對象進行改造,采用基于吸收式熱泵的循環(huán)水利用供熱技術,回收汽輪機的循環(huán)水余熱,以提高機組的供熱能力和運行經(jīng)濟性。

1機組概況

某電廠一型號為C270/N300-16.7/537/537的供熱機組,額定采暖抽汽壓力為0.49MPa,額定采暖抽汽流量為320t/h。

根據(jù)往年采暖季的運行經(jīng)驗,受汽輪機采暖抽汽量的限制,該熱電廠的供熱能力已經(jīng)接近飽和。同時,火電廠低溫循環(huán)水的能量約占電廠耗能總量的30%以上,充分利用這部分能量可以有效緩解目前電廠供熱機組進一步拓展供熱市場的熱源不足問題。

2余熱利用方案

吸收式熱泵熱量收支圖如圖1所示,以汽輪機抽汽為驅動能源O1,產(chǎn)生制冷效應,回收循環(huán)水余熱O2,加熱熱網(wǎng)循環(huán)水回水,得到的有用熱量(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,即O1＋O2。

吸收式熱泵在電廠余熱回收系統(tǒng)中的應用如圖2所示。

原汽輪機凝汽器的乏汽余熱通過冷卻水塔排放到大氣環(huán)境中,造成乏汽余熱損失?，F(xiàn)采用吸收式熱泵,以凝汽器出口的循環(huán)冷卻水作為低溫熱源,以電廠采暖抽汽作為驅動熱源,加熱熱網(wǎng)循環(huán)水回水,循環(huán)冷卻水降溫后再引入凝汽器吸收低壓缸排汽余熱,從而達到余熱回收利用的目的,熱網(wǎng)循環(huán)水被加熱后,再送往熱網(wǎng)加熱器。此方案可回收循環(huán)水余熱,提高電廠供熱量,從而提高電廠總的熱效率。

3設計參數(shù)選擇

3.1驅動蒸汽參數(shù)

熱泵采用供熱采暖抽汽作為驅動蒸汽。對于熱泵機組來說,要求驅動蒸汽維持在一個比較穩(wěn)定的狀態(tài),對于熱泵做功以及疏水水位的控制有較大好處。因此熱泵投運以后,需要在運行時提供一個穩(wěn)定的驅動汽源。

從機組近兩年供熱期的運行數(shù)據(jù)來看,實際運行的采暖抽汽壓力在0.24MPa左右,采暖抽汽溫度在230℃左右。為盡可能回收凝汽器循環(huán)水余熱,從而發(fā)揮熱泵回收余熱的供熱優(yōu)勢,適當提高采暖抽汽壓力至0.28MPa,考慮抽汽至熱泵機組管道壓損(約0.03MPa）,進入熱泵系統(tǒng)的驅動蒸汽壓力為0.25MPa,過熱度不超過10℃。

3.2熱網(wǎng)水參數(shù)

從近兩年采暖季歷史運行數(shù)據(jù)來看,嚴寒期和初末期的熱網(wǎng)水平均回水溫度分別約為53℃和46℃,在整個供暖期,熱網(wǎng)水回水溫度一般在41～56℃,整個采暖期平均回水溫度為49.5℃。本方案中熱網(wǎng)回水溫度即熱泵的進口溫度設定為50℃。

一次熱網(wǎng)循環(huán)水流量設計值為8600t/h,本方案中熱網(wǎng)循環(huán)水量取8000t/h。根據(jù)當?shù)丶泄岬奶匦?供熱的熱網(wǎng)系統(tǒng)調節(jié)是量調與質調并進的方式,故熱網(wǎng)循環(huán)水運行調節(jié)是流量和供水溫度并重,熱網(wǎng)循環(huán)水流量隨環(huán)境溫度的變化而變化。

3.3循環(huán)水參數(shù)

機組背壓升高可使循環(huán)水出口溫度(即熱泵入口溫度）升高,循環(huán)水余熱升高。但隨著機組背壓升高,低壓缸最小冷卻蒸汽質量流量要保證末級葉片不產(chǎn)生鼓風,這將導致低壓缸最小冷卻蒸汽質量流量逐漸增大,采暖抽汽流量逐漸減少。因此背壓的確定對機組運行經(jīng)濟性及循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)有重要影響。

機組在冬季供熱期運行時,凝汽器循環(huán)水進水溫度在15℃左右,溫升在7～10℃變化,凝汽器端差在2～5℃波動,此時機組背壓在4.0kPa左右,本項目中凝汽器端差選3℃。

熱泵改造后冬季供熱期該機組循環(huán)水泵按單泵變頻運行,循環(huán)水流量約14000t/h。

按該機組背壓分別在5.0kPa、6.0kPa、7.0kPa和8.0kPa進行熱泵方案比選,考慮凝汽器端差3℃、循環(huán)水泵單臺運行流量14000t/h,在最大采暖抽汽工況下凝汽器余熱量在116Mw以上,計算出排汽飽和溫度分別為32.88℃、36.16℃、39.00℃、41.51℃,對應的凝汽器循環(huán)水出口溫度為29.88℃、33.16℃、36.00c、38.51℃。

該機組投入熱泵系統(tǒng)運行后,可通過調整抽汽量與低壓缸進汽量尋找平衡點,盡量使得機組的凝汽器循環(huán)水的余熱盡可能多的得到回收利用,未能回收的部分循環(huán)水仍然上塔冷卻,其他工況可以通過調整主蒸汽的進汽量或循環(huán)水補水量等措施,保證機組和熱泵安全、平穩(wěn)地運行,保證滿足供熱需求。

3.4熱泵優(yōu)化方案比選

該機組背壓分別為5.0kPa、6.0kPa、7.0kPa和8.0kPa時,根據(jù)這4組參數(shù)選取熱泵,熱泵選型數(shù)據(jù)如表1所示。

從以上比較可以看出,隨著機組背壓的升高,低壓缸排汽最小冷卻流量增大,導致采暖抽汽流量降低,熱泵供熱量和回收余熱量雖然增加,但熱泵改造后的總供熱量逐漸降低。考慮熱泵造價的變化和投資回報年限,選擇背壓為7.0kPa最具經(jīng)濟性。

4經(jīng)濟性分析

以最大抽汽工況為基準比較,本項目改造后,熱泵系統(tǒng)回收循環(huán)水余熱量89Mw,機組背壓由4.0kPa升高至7.0kPa。在主汽流量960t/h、背壓4.0kPa情況下,發(fā)電負荷234.649Mw,采暖抽汽流量478t/h。熱泵改造后機組背壓為7.0kPa情況下,汽輪機背壓提高后導致采暖抽汽流量由478t/h降低至401t/h,使全廠供熱能力增加79Mw。增加熱泵系統(tǒng)后,在供熱抽汽量不變的情況下,供熱面積增加,機組煤耗下降了44.23g/kwh。由此可知,系統(tǒng)改造后,有效降低了機組煤耗,達到了節(jié)能降耗的目的。

5結語

本文使用熱泵利用循環(huán)水余熱,增加機組供熱量,可有效減少機組煤耗,且在不增加熱源的基礎上提升供熱面積,對于熱電廠來說是十分有效的節(jié)能增效技術。在熱泵參數(shù)選型過程中,結合供熱機組供熱期的運行平均數(shù)據(jù),盡可能提高余熱利用率,在保證低壓缸安全運行的情況下,最終確定的參數(shù)如表2所示。

本文利用表2所示參數(shù)的熱泵回收循環(huán)水余熱方案,機組供熱能力增加79Mw,在供熱抽汽量不變的情況下,機組煤耗下降了44.23g/kwh,節(jié)能經(jīng)濟效果明顯。