某电厂2×660MW机组小汽机乏汽余热回收改造方案分析

唐湘军 秦广旭

摘 要：火力发电厂的冷端损失是电厂热力系统的最大能量损失，大量的汽轮机凝汽器余热通过不同的冷却设备排放至大气中。电厂在冬季运行工况下，汽轮机排汽冷凝热损失可占燃料总发热量的50～60%。如能将汽轮机冷凝余热回收用于城市建筑供热，相当于在不增加电厂容量，不增加大气污染物排放，耗煤量和发电量都不变的情况下，扩大了热源的供热能力，提高了电厂的综合能源利用效率，增加了供热收益。本文以某电厂2×660MW机组的小汽机乏汽余热回收供热项目为例，对采用吸收式热泵机组进行大型发电机组余热回收进行了技术经济分析，为同类改造提供参考。

关键词：火电厂 ；余热回收；吸收式热泵；节能

1 引言

节能减排是“十三五”期间我国社会经济实行可持续发展的一个重要议题，作为耗能大户，火电厂的节能一直是工业节能的重点，随着化石燃料价格的不断攀升，节能减排也是电厂自身节省运营成本，提高经济效益的重要手段。加强余热回收利用，提高能源利用效率，是节约能源、保护环境的有效措施。

而目前火力发电厂的冷端损失是电厂热力系统的最大能量损失，大量的汽轮机凝汽器余热通过不同的冷却设备排放至大气中。电厂在冬季运行工况下，汽轮机排汽冷凝热损失可占燃料总发热量的50～60%。如能将汽轮机冷凝余热回收用于城市建筑供热，相当于在不增加电厂容量，不增加大气污染物排放，耗煤量和发电量都不变的情况下，扩大了热源的供热能力，提高了电厂的综合能源利用效率，增加了供热收益。具有非常显著的经济效益、环境效益和社会效益。

2 项目简介

2.1 电厂概况

某电厂2×660MW机组工程是响应国家“上大压小”政策，优化省电力产业结构、推动节能减排的重要工程。工程于2013年开工建设，2015年投投入运营。

2.2 项目背景

电厂所在地区现市区常住人口约30万。据统计，当地现有及规划建筑面积共计800万㎡，且以每年约100万㎡的速度增长，目前城市集中供热面积仅200万㎡，城市集中供热率仅25%。为完善城市功能，改造城市环境，拟利用电厂新建2×660MW机组作为热源，解决城市部分居住建筑的供热问题，但由于该电厂为纯凝机组，仅能提供采暖抽汽200t/h，项目设计供热能力仅260万㎡，远不能满足城市集中供热需要。迫切希望通过采用新型供热技术增加电厂供热能力，扩大城市集中供热面积。

3 方案设计

3.1 方案概述

本次设计采用蒸汽驱动型溴化锂吸收式热泵机组，以该电厂两台660MW汽轮机提供的0.43MPa.a，257℃蒸汽作为驱动热源，回收利用回收一台汽驱给水泵的排汽余热，将供热一次管网循环水回水从50℃提升至85℃，再通过原热网加热器将热网水加热到100℃提供给市政供热。

3.2 供热基本参数

冬季采暖室内计算温度：18℃

冬季采暖室外计算温度：-3.9℃

冬季采暖室外平均温度：1.5℃（日平均温度≤5℃期间内的平均温度）

计算采暖天数：99天（日平均温度≤5℃的天数，11.24～3.02）

供热一次网供回水设计温度：95/50℃

平均热负荷：计算得冬季平均热负荷是最大计算热负荷的75.3%。

3.3 采暖热指标

根据当地建筑物围护结构的实际情况及室外气象条件，依据《城市热力网设计规范》（CJJ34-2002）、《河南省民用建筑节能设计标准实施细则》（采暖居住建筑DBJ41/041-2005），采暖综合热指标为48.5W/m2。

3.4 吸收式热泵技术在电厂中的应用

溴化锂吸收式热泵以蒸汽为驱动热源，溴化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂，利用水在低压真空状态下低沸点沸腾的特性，提取低品位废热源中的热量，通过回收转换制取采暖用或工艺用的高品位热水，实现低品位余热的回收利用。根据驱动热源及余热源的品位，热泵机组驱动热源热量、回收的低位热源（余热）热量及输出热量之比为1： 0.6～0.8：1.6～1.8，即机组制热效率为1.6～1.8。

汽轮机凝汽器的乏汽余热原来通过循环水经冷却塔或其它方式排放到大气中，造成能量损失和环境的污染。采用吸收式热泵技术，利用电厂采暖抽汽作为驱动热源，回收循环冷却水余热，加热热网回水，再利用尖峰加热器加热到设计供水温度提供给市政管网供热。用吸收式热泵提热替代冷却塔散热，减少了电厂冷端损失，增加了电厂供热能力，同时也提高了电厂总热效率。

3.5 设备选型及主要参数

本项目选用4台36MW乏汽型溴化锂吸收热泵机组，主要参数如下：

（1）热泵机组额定工况运行参数

热泵机组总供热量：144.3MW

热水进出水温度：50℃/85℃

一次网热水流量： 3550m3/h

采暖抽汽压力：0.43MPa.a

采暖抽汽温度：257℃

热泵疏水温度：90℃

热泵蒸汽用量：117.4t/h

小汽机排汽压力：10KPa

排汽凝水温度：45.8℃

回收小汽机排汽余热量：60MW

（2）二次加热器额定工况运行参数

热网加热器供热量：61.8MW

热网加热器进出水温度：85℃/100℃

热网加热器疏水温度：100℃

热网加热器蒸汽用量：91.6t/h

3.6 改造后供热能力分析

本项目选用4台36MW乏汽型溴化锂吸收热泵机组，回收一台汽驱给水泵的排汽余热60MW，单位建筑面积供热负荷指标按48.5W/m2计算，回收的余热可以满足约122.5万㎡建筑的供热需求。项目全部完成后，系统的总供热能力为206.1MW，总供热面积可达413.6万㎡（如采用电厂采暖抽汽直接供热，额定工况下供热能力约为291万㎡）。

4 项目经济环境效益分析

4.1 项目经济效益分析

（1）供热收益分析。本方案热泵额定运行工况下可回收循环水余热60MW，新乡冬季采暖供热时间为99天，热泵制热作为基础负荷，考虑初寒、末寒及给水泵负荷的波动，热泵运行系数按0.85计算，故项目完成后，热泵每年可以回收循环水余热量43.6万GJ。按供热收费价格42元/GJ计算，每年增加的供热收益为1830万元。（2）项目经济性分析。项目预计热泵设备投资3500万元，土建及安装费用2000万元，其它投资约1200万元，项目总投资6700万元。

项目建成后年可回收电厂冷凝余热43.6万GJ，年余热供热收益1830万元，项目各项运行费用总计约230万元/年，毛利润为1600万元/年，项目静态投资回收期约4.2年。

4.2 项目环境效益分析

按每吉焦供热量折标准煤0.03412吨计算，折合节约标准煤1.49万吨/年。

5 总结建议

综上，本项目采用吸收式熱泵回收电厂小汽机乏汽冷凝余热，可提高电厂能源利用效率，增加电厂集中供热能力，节能减排的同时可解决城市供热的民生问题，项目符合国家鼓励政策。因此，该电厂冷凝余热回收集中供热工程技术可行，经济效益可观，环境和社会效益显著，建议实施并推广。

参考文献：

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[2] 王长河，陈光，王宝玉.基于吸收式热泵的大型火电厂冷凝废热回收技术研究[J]. 制冷空调与电力机械.2011（4）.

[3] 李浩，李泽敏.吸收式热泵循环水余热回收方案在300MW机组的应用[J].科技视界.2012（24）.