300MW机组循环水余热回收利用经济性分析
陈新杰'，张超，王妍飞
（1.国电怀安热电有限公司，河北怀安076150；2.华北电力大学，河北保定071003）
摘要：汽轮机的播汽将产生大量的低温余热，这些余热伴随循环水被带到冷却塔进行冷却，造成了大量余热的浪费，同时也造成了一定量的汽水损失.吸救式热系机组回收凝汽器循环水释放到冷却塔中的热量，将这部分热量通过吸收式热泵转移到热网循环水申加以利用，降低了热电厂能源消耗，提高电厂热效率，合理利用了能源.以河北某热电厂300MW机组为例， 对利用吸收式热系回收这些低温余热进行了研究分析，认为吸收式热泵能够回收电厂循环水的余热，同时能够减少污染物的排放，具有显著的经济和环境效益.
关键词：吸收式热系；热电厂；热效率：循环水余热
中图分类号：TK229.4文献标惠码：B文章编号：1009-3230（2015)11-0018-06
EconomicAnalysisofRecyclingWaterWasteHeatRecovery andUtilizationof300MwUnit
CHEN Xin -jie' ZHANG Chao' WANG Yan - fei²(1. State Power Thermal Power Co. Ltd. Huaian 076150 Hebei Province China;2. North China Electric Power University Baoding 071003 Hebei Province China)
Abstract: A steam turbine exhausts steam will produce a lot of low temperature heat the residualheat with circulating water is brought to the cooling tower for cooling caused a lot of the heat wasted but also caused a certain amount of steam and water loss. Absorption heat pump units recycles theheat which circulating water discharged in the cooling tower through the absorption heat pump thispart of heat will be taken into the circulating water to reduce the power plant energy consumption Jd o e sg qoa aa jo an ayu *ud aod jo ouaa e a d dnd q usqe o un a ue se a jo qn u n eenpisau afoiu ueo dund jeaq uogdaosqe aq e *poz.ieue pue pans sem eu renpisau ao.oheat of circulating water from power plant while reducing the emission of pollutants with significanteconomic and environmental benefits.
Key words: Absorption heat pump; Thermal power plant; Thermal efficiency; Cireulating waterwaste heat
指由循环冷却水带到大气中的热量，这部分热量损失巨大，约占火电厂消耗能源的50%，但是这以上的输人能量散失到环境中.对于湿冷机组面部分能量的品味很低，温度一般在30～40℃左右（1-).回收难度相对较大.
旱150
目前，一般的大型火力发电机组，大约有一半言，发电效率低主要原因是冷源损失.冷源损失
对于作为集中供热主热源的热电厂面言，存在两个关键问题有待解决.一是汽轮机抽
汽在加热一次网回水的过程中存在很大的传热温差，造成巨大的传热不可逆损失.二是目前大型抽凝式供热机组存在着大量的汽轮机凝汽器余热通过冷却塔排放掉，白白浪费.采用吸收式热泵回收电厂循环水余热用于城市300MW等级的大型供热机组中（1-4）.随着城 集中供热技术，近年来逐步开始应用于200、市化进程的快速发展，供热面积的需求迅速增加现有的供热能力已经不能满足城市发展的需求.另一方面极端天气出现的年份越来越多，每年的极端天气情况下，电厂的供热能力就会明显不足，供求矛盾突出.在国家严格控制燃煤机组的同时，大力提倡节能减排，电厂有很多余热可以利用，内部挖潜是解决供热问题的一个有效途径.针对河北某电厂设计供热面积为1050万平米，目前人网供热面积已
经达到1200多万平方米，超出了电厂的设计供热能力.因此，在该电厂#2机冷却循环水系统进行余热回收利用，来提高能源利用率，节约能源，减少废物排放.
1吸收式热泵工作原理
吸收式热泵（即增热型热泵），通常简称AHP，它以蒸汽、废热水为驱动热源，把低温热源的热量提高到中、高温热源中，从而提高了能源的品质和利用效率.
吸收式热泵原理，即在电厂首站内设置蒸汽型吸收式热泵.它以汽轮机抽汽为驱动能源Q，产生制冷效应，回收循环水余热Q，加热热网回水.得到的有用热量（热网供热量）为消耗的蒸汽热量与回收的循环水余热量之和Q：Q2.吸收式热泵原理图如图1所示.
图1吸收式热泵原理图
溴化锂吸收式热泵包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、热交换器、屏蔽泵和其他附件等.它以蒸汽为驱动热源，在发生器内释放热量Q，加
热澳化锂稀溶液并产生冷剂蒸汽.冷剂蒸汽进人冷凝器，释放冷凝热Q.加热流经冷凝器传热管内的热水，自身冷凝成液体后节流进人蒸发器.冷
经传热管内低温热源水的热量Q..使热源水温度降低后流出机组，冷剂水吸收热量后汽化成冷剂蒸汽，进人吸收器.被发生器浓缩后的溴化锂溶液返回吸收器后喷淋，吸收从蒸发器过来的冷剂蒸汽，并放出吸收热Q.，加热流经吸收器传热管的热水.热水流经吸收器、冷凝器升温后，输送给热用户1s-71.
屏蔽泵的做功与以上几种热量相比，基本上可以不用考虑，因此可以列出以下平衡式：
式中：吸收式热系的输出热量为Q.Q.，则其性能系数COP：
由以上两式可知：吸收式热泵的供热量等于从低温余热吸收的热量和驱动热源的补偿热量之和，即：供热量始终大于消耗的高品位热源的热量（COP>1）.故称为增热型热泵.根据不同的工况条件，COP一般在1.65~1.85左右.由此可见，澳化锂吸收式热泵具有较大的节能优势.
2循环水余热的改造方案
2.1供热机组的供热现状
冷却循环水在热泵机组和凝汽器之间形成闭式循环，冷却循环水量12000th，热量经过热泵机组完全吸收，提升热网循环水的湿度20℃左右，升压泵作为备用，当热泵机组不能完全吸收凝汽器的余热时，通过升压泵上冷却塔排热.热泵用蒸汽接自#2机采暖抽汽，保证稳定抽汽500/h，1机的抽汽作为调整，以满足供暖负荷的变化.热网循环水11760th，循环水泵每台机3用1备.此模式可以将2机的运行模式固定，量，另一方面可降低热网水的供水温度.
剂水经冷剂泵喷淋到蒸发器传热管表面，吸收流冷却塔，可以减少升压泵的电消耗，增加节水量.
2014年这个厂的供热机组调查显示，冬季实1际供暖面积已达近1200万㎡.根据电厂提供的统计表，2014年峰值负荷为505MW.耗汽量约900th，已接近额定抽汽量.由此可见，两台300MW机组的供热汽源已经接近额定抽汽量.虽然目前供热管网已经覆盖大部分热用户，但由于热力站处于基本满负荷的状态和分支供热管网改造存在难度大的原因，部分的末端用户供热达不到标准，因此采取在末端的热力站加设一次网管道泵来提高流量，造成供热需求难以满足.同时，由于城市的快速发展，该热电厂供暖面积在以年增长率5%继续增长，可能会出现不能满足供暖需求的情况.
2.2设计参数的确定
2.2.1热网循环水设计参数确定
（1）热网循环水温度的确定
根据电厂提供的实际运行参数，热网循环水回水平均温度为55℃，因此工程选择温度为热泵机组的进水温度.另外，经咨询生产厂家和设计经验，热泵的出水温度一般不高于75℃，因此出水温度暂按提升20℃考虑.
(2）热网循环水量的确定
2014年采暖期电厂热网循环水运行水量为9800m/h，每台机设计4台循环水泵，目前共运行5台，额定流量1800m²/h，实际流量为1960m²/h.实际运行温度为95/55℃，而且能够满足供热的需求，根据目前的运行情况和热力网的实际情况，在采暖期暂不对热网循环水泵进行改造，增加热泵机组后，增加1台水泵运行，实际供水量为11760m/h，这样增加了热网循环水
热泵机组采暖期满负荷运行，冷却循环水不用上2.2.2冷却循环水设计参数
（1）冷却循环水量的确定
根据电厂的实际运行提供的参数，冷却循环水泵低速运行水量为12000m/h，工程以尽量不改变设备的运行工况为前提，因此按照不改变冷却循环水泵流量进行设计和计算.
(2）冷却循环水温度的确定
冬季采暖工况下，凝汽器平均出水温度为24℃，平均进水温度为10℃，目前根据热聚机组的生产厂家的设备情况，要达到出水温度55℃提升20℃左右的工况，凝汽器的出水温度要达到32~34℃才能满足要求，这样带来的后果就是会增加凝汽器的背压，增加采暖期的发电标煤耗，本工程暂按凝汽器出水温度34℃设计，节能及经济分析综合考虑凝汽器背压提高后对标煤耗的影响.
2.3热泵余热回收量计算
热泵机组选择需要计算两个方面，一方面计算凝汽器的散热量，另一方面计算热泵机组提升热网循环水20℃计算从冷却循环水中回收的热量，比较两者如果前者大于后者，根据机组的特点，热泵机组的选择应依据后者来选择供热量，如果前者小于后者，应按照前者作为全部回收热量，重新计算热泵机组的供热量.
（1）凝汽器的排热量
由采暖抽汽量为500/h工况的热平衡图可知，进入凝汽器的乏汽热量包括两部分，一部分经过低压缸做功后直接进人凝汽器的乏汽参数为116.916t/h，值为2642.1kJ/kg，出凝汽器凝结水的参数为39.2℃，恰值为167.1kJ/kg，另一部分在进入小汽机以前的蒸汽参数为34.55vh，增值为3138kJ/kg，做功6186kW，经计算该工况下的乏汽排热约为：
Q = 116. 916 × (2642. 1 - 167. 1)/3 600
34.55 × (3 138 167. 1)/3 600 6. 186 =
因此，凝汽器的排热量为102.7MW.
(2）根据热网循环水量能够输送的热量：Q = cm = 4. 2 × 117 600 × 20/3 600 = 274. 4MW式中：c为水的比热，k/kg；m为水的质量流量，kg；r为进出水温差，.
因此利用热网循环水计算热泵的供热量最大为274.4MW.热泵机组的COP值按照1.6计算，热系的余热回收量为Q=274.4-274.4/1.6=102.9MW，因此增加热泵机组并增加运行1台热网循环水泵后可回收的余热最大值为102.9 MW.
(3）余热回收量的确定
由上计算可知，一般情况下应该按照两者的小值作为热泵机组的余热回收量，因此本工程的热泵机组的余热回收量为102.7MW.
3经济效益分析
表1为该套设计方案的初期投资费用.
项日 数值（万元）热系 6500管道及阀门 1000安装费用 1200土建授资 750总计 9450
设备的年运行维护费用按总投资费用的3%计取，折旧年限为8年，按该套设计方案，将烟气冷却器耦合到原有的系统中，不需要增加专门的运行人员进行操作，节省运行人员费用.若该机组按该项设计方案进行改造，和机组当前供热现状相比，在电负荷不变的前提下，由于减少了五段抽汽量，减少的这部分蒸汽可以在汽轮机内部继
续膨账做功，将这部分功转换成相当的燃煤量，也即这部分节省的燃煤量是由减少机组五段抽汽所得，归于机组耗煤的减少.
的低温余热：
式中：q为通过吸收式热泵系统的热网水流量，kg/h；h'为吸收式热泵系统热网水进水燃值，kJ/kg：h为吸收式热泵系统热网水出水熔值，kJ/kg：n为热网效率，取98%.
节煤量计算公式如下：
式中：6，为全厂标准发电煤耗率，取340g/kWh.
项目改造后的节能量及收益见表2.
系统供热净收益即热泵系统从循环水中提取
500T采暖推汽改造前后技术对比表
表2
冷却循环水温度/C 34 32 30 8 改造前背压/kPa 7 6.3 5.62 4.75 3.43热耗/JkWh- 5342 5326 5285 5274 5 171功率/MW 219.09 219.77 220.22 221.35 225回收余热/MW 101 91.7 76.5 60.9 0536 625年发电标煤耗录/T #0905 509 020 512 969 518 239年发电量/MWh 1986 720 1 989 004 1 990 233 1993 632 0000供热量/CJb-1 1574 14 1540.8 1486.3 1430.4 1212年节媒量/T I85 06 27 604 23 656 98681 基准年增加供热量/GJa 1 042963 946 944 789 984 628 992 基准
5 结束语
4环境效益
项目采用热系机组总供热量为274MW，回收热量102.7MW，达到很高的经济效益.图2时间为2014年11月15日至2015年3月15 为2014-2015年度供热负荷变化桂状图，供热日，图中的负荷是根据电厂提供的热网循环水的供回水温度和水量计算得出的2014-2015年度一个采暖季每天的平均供热负荷，由图可以看出，电厂每天的平均供热负荷基本上都在250MW以上，因此这就保证了热泵机组在采暖期能够满负荷运行，部分天数利用热系机组就能够满足整个电厂的供热量，由此可看出，本项目经济性比较明显.
利用热泵回收循环冷却水余热进行供暖，在提供热量的同时，无需消耗新的能源，相比常规供热方案节约了大量能源，减少了烟尘、SO和NO等污染物的排放，不产生温室气体CO，同时又减少了煤、灰渣在装卸、运输、贮存过程中对环境、交通及占地的影响，使城市环境空气质量得到改善，具有非常明显的环境效益.
工程利用热泵可回收循环水热102.7MW，折合标准煤为10.62t/h.按采暖期2880h，每年可节约标煤30581t，在考虑90%脱硫效率和99.5%除尘效率的情况下，每年可减排烟尘20、S071、NO 1751，每年可减少温室气体CO排放.
