某電廠300MW機組循環水余熱利用項目節能效益分析

周崇波， 郭 棟， 任懷民， 王曉霞

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州3100 30；2.杭州華電能源工程有限公司，浙江杭州3100 30；3.華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠，黑龍江佳木斯1540 00）

0 引言

近年來，熱泵技術應用于火電廠循環水余熱利用節能改造方興未艾，該技術即利用大型吸收式熱泵機組將火電廠原向外散失的循環冷卻水余熱回收，并用于市政供熱[1]，從2009年至今，類似節能改造項目先后在內蒙古、新疆、黑龍江、山西等地區投產運營并取得了良好效果[2～4]，而且這些節能改造項目往往按照目前興起的合同能源管理模式進行建設、運營，即由節能服務公司統一完成整個節能改造過程，其投資回收及合理利潤由產生的節能效益來支付[5]，所以節能效益測算結果是合同能源管理項目確認項目收益的重要基礎數據，事關重大。本文針對某電廠300 MW機組循環水余熱回收利用項目，探討分析供熱需求在超出現有熱源供熱能力與未超出現有熱源供熱能力兩種情況下的節能測算方法，并根據某電廠300 MW機組余熱利用項目的實際情況，詳細分析其節能效益，為火電廠循環水余熱利用項目，特別是300 MW等級機組的節能效益測算提供參考。

1 供熱需求超出現有熱源供熱能力時的節能測算

若供熱面積增加到一定數量，現有熱源（即原電廠兩臺300 MW主機）的供熱能力達到飽和后，新增供熱面積可由余熱利用項目新增的熱泵系統接帶。熱泵系統的節能收益來源于提取循環水余熱量的效益，而成本構成的計算包括常用算法和全廠能量算法兩種方式，常用算法中將熱泵系統和主機系統各自獨立考慮，把提高背壓造成主機系統能耗增大作為熱泵系統的主要成本之一；而全廠能量算法將熱泵系統與主機系統合并考慮，把投入熱泵前后全廠排放熱量差（即凝汽器熱負荷差）作為主要成本之一。

以下通過能量守恒定理對兩種算法在學理上的一致性進行分析說明。

根據燃煤機組供熱電廠的能量分布，燃煤熱量通過鍋爐系統加熱給水至高壓高溫蒸汽進入汽輪機組，這些能量一部分用于發電，一部分用于供熱，而剩余部分通過凝汽器經由循環水排放到外界散失。

投入熱泵前，全廠的能量分布示意圖，如圖1所示。

圖1 投入熱泵系統前全廠能量分布示意圖

根據能量守恒定理：

式中 Q—燃煤輸入的總熱量，kW；

Q1—發電負荷，kW；

Q2—供熱負荷，kW；

Q3—全廠系統向外散失的熱量，kW。

投入熱泵系統后，全廠（包括熱泵機組）的能量分布示意圖如圖2所示。

圖2 投入熱泵系統后全廠能量分布示意圖

根據能量守恒定理：

式中 ΔQ1—投入熱泵系統后背壓影響主機負荷，kW；

Qy—熱泵系統提取的余熱量進入熱網的能量，kW；

Q3′—全廠系統（包括熱泵機組）向外散失的熱量，kW；

投入熱泵系統前后，全廠燃煤輸入熱量一致，根據式（1）、式（2）兩式，可以得到：

由此，投入熱泵系統前后全廠（包括熱泵機組）向外散失的熱量差值為：

從以上（4）式不難看出，投入熱泵系統前后全廠對外散失的熱量差值與熱泵系統提取的循環水余熱量與主機背壓提高影響發電負荷能量差值是一致的，這說明了兩種算法在計算方式上不同，但在學理上是統一的。

下面以2012年采暖季的某一試驗工況點分別采用以上兩種方式進行分析論證。試驗工況點保證接帶熱泵系統的主機在熱泵運行工況與非熱泵運行工況下對外抽汽量一致，即模擬對外供熱量已超出主機熱源供熱能力，試驗工況主要參數見表1。

表1 試驗工況點主要參數

由表1可知，由于熱泵系統投入后由于主機背壓提高影響發電負荷為：

203 MW-198 MW=5 MW；

熱泵運行工況下，由于提取循環水余熱量90.2 MW，相應地整體系統（含熱泵）向外排放熱量為：

161.4 MW-90.2 MW=71.2 MW；

當采用常用算法時，試驗工況點下的節能量為提取循環水余熱量減去背壓提高影響發電量，即：

90.2 MW-5 MW=85.2 MW；

當采用全廠能量算法時，試驗工況點下的節能量為投入熱泵系統前后向外排放的熱量減少值，即：

156.1 MW-71.2 MW=84.9 MW；

由以上結果可知，在表計計量誤差允許的范圍內，兩種計算方式的結果是一致的。

2 供熱需求未超出現有熱源供熱能力時的節能測算

若供熱面積增加較少，供熱需求沒有超出現有熱源（即主機）供熱能力，熱泵系統提取的余熱量將替代部分原采暖抽汽，這部分蒸汽將不再被抽出采暖，而是繼續進入低壓缸做功以獲取更多的發電負荷，從而使得全廠發電煤耗降低，此時節能效益測算應以節省的耗煤量計算。

3 某電廠300 MW機組余熱利用項目節能收益分析

圖3 投入熱泵系統后兩個采暖季實際供熱情況分析

圖3列出了2011～2013年兩個供暖季某電廠實際供熱量與設計值的比較情況。由圖3可以看出，最近的兩個采暖季實際供熱量最大瞬時值都在兩臺主機設計供熱能力值以下，尚未超出現有熱源的供熱能力，此時，熱泵系統投入后以替代部分原采暖抽汽，這部分蒸汽繼續進入低壓缸做功，降低主機的供電煤耗。

圖4201 1～2013年某電廠300 MW機組平均每月供電煤耗情況

圖4列出了投入熱泵系統前后的2011～2013年某電廠全廠每月平均供電煤耗情況，從圖4看出，2012年1月投入熱泵系統后，2012年1～3月供暖期全廠每月平均煤耗較2011年同期相比降低了約10 g/kWh，2012年對熱泵系統進行優化治理，2012年12月中旬投入運行后，2013年1～3月供暖期全廠每月平均煤耗較2012年同期相比又下降了約10 g/kWh，較2011年同期相比下降了約20 g/kWh；同時在非供暖期的5～9月，2012年較2011年僅略有下降，2012年與2013年基本持平。這充分說明了通過熱泵系統接帶熱網基礎負荷，不僅滿足了供熱需求，更能促進主機平均供電煤耗的降低，充分發揮了熱泵系統在該電廠300 MW等級機組的節能作用。

4 結語

本文針對某電廠300 MW等級機組的循環水余熱利用項目，探討分析了供熱需求超出和未超出現有兩臺主機供熱能力兩種情況下的節能效益測算方式，為采用合同能源管理等模式建設運營的節能改造項目提供了節能效益測算參考，并從某電廠300 MW機組余熱利用項目實際情況出發，測算分析了熱泵系統降低某電廠300 MW機組供電煤耗的節能成效，但是也應當看到若僅以煤耗降低量評估類似項目的節能收益，并不是熱泵系統的全部設計初衷，也不能發揮熱泵系統的最大潛力，同時將拉長項目的投資回收期，而應該爭取更多的供熱市場，從而使熱泵系統潛在的社會效益、環境效益與經濟效益得以全面體現。

[1]周崇波，趙明德，鄭立軍，等.新型帶吸收式熱泵熱電聯產機組的技術經濟分析[J].現代電力，2012，29（2）：61～63.

[2]張世鋼，付林，李世一，等.赤峰市基于吸收式換熱的熱電聯產集中供熱師示范工程[J].暖通空調，2010，40（11）：71～75.

[3]周崇波，俞聰，郭棟，等.大型吸收式熱泵應用于火電廠回收余熱供熱的試驗研究[J].現代電力，2013，30（2）：37～40.

[4]王力彪，李染生，王斌，等.基于吸收式熱泵的循環水余熱利用技術在大型抽凝機組熱電聯產中的應用 [J].汽輪機技術，2011，53（6）：470～472.

[5]中國節能協會節能服務產業委員會.合同能源管理[M].北京：人民法院出版社，2012.