靈州電廠2×135MW循環(huán)水冷熱源熱泵系統(tǒng)方案及實(shí)施

徐振勇 劉博

摘 要：以靈州電廠2×135MW循環(huán)水冷熱源工程為例，充分利用了可再生能源，實(shí)現(xiàn)電廠輔助建筑供冷供熱，文中提出的電廠循環(huán)水冷熱源熱泵優(yōu)化系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值和推廣應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：火電廠；循環(huán)水；水源熱泵；方案優(yōu)化；節(jié)能

中圖分類號：X706 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

靈州電廠規(guī)劃容量為2×135+4×600MW機(jī)組。其中一期采用2×440t/h超高壓、中間再熱循環(huán)硫化床鍋爐和2×135MW超高壓、中間再熱、濕冷凝汽式汽輪機(jī)及空冷發(fā)電機(jī)。

本文講述了靈州電廠熱源系統(tǒng)改造的選型原則，及投資效益分析，回收的熱能對于節(jié)約電廠燃煤意義重大，同時(shí)也可以減少其排放引起的熱污染，提高能源的綜合利用效率。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)

汽機(jī)主要參數(shù)如下：

根據(jù)寧夏地區(qū)自然條件，廠區(qū)建筑物冷負(fù)荷、熱負(fù)荷需求如下表：

機(jī)組循環(huán)水參數(shù)如下：夏季供冷：水源溫度32～38℃，制取冷凍水溫度7℃，回水溫度12℃；冬季制熱：水源溫度18～22℃，制取熱水溫度50～55℃，回水溫度45～50℃。

2 系統(tǒng)選型

對于熱泵制冷或制熱系統(tǒng)而言，其核心構(gòu)成主要包括壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和節(jié)流裝置。系統(tǒng)形式如下：

2.1 壓縮機(jī)選型計(jì)算

根據(jù)蒸發(fā)溫度、冷凝溫度、吸氣溫度、過冷溫度計(jì)算數(shù)據(jù)匯總?cè)缦卤恚?/p>

結(jié)合夏季和冬季壓縮機(jī)功率要求，選擇3×220kW的水源熱泵機(jī)組，冬季一臺運(yùn)行，夏季兩臺運(yùn)行，一臺備用。

2.2 冷凝器選型

冷凝器的換熱面積計(jì)算公式如下：

其中，Q為熱負(fù)荷，K為換熱系數(shù)，Δtm為傳熱平均溫差。Δt1、Δt2分別為熱端溫差與冷端溫差。

2.2.1夏季制冷工況

冷負(fù)荷Q=2155kW；K=600 W/m2.℃

2.2.2冬季制熱工況

熱負(fù)荷Q=1000kW；K=600 W/m2.℃

2.2.3冷凝器換熱面積

綜合夏季和冬季運(yùn)行的需要，可取冷凝器換熱面積約為350m2。

2.3 蒸發(fā)器選型

2.3.1夏季制冷工況

2.3.2冬季制熱工況

2.3.3蒸發(fā)器換熱面積

綜合夏季和冬季運(yùn)行的需要，可取蒸發(fā)器換熱面積約為400m2。

2.4 水源循環(huán)泵選型

2.4.1流量

根據(jù)熱平衡方程：Q=G*Cp*Δt。

夏季工況，冷凝器Q=2155kW，Cp=4.2kJ/（kg·K）；取Δt=8℃

冬季工況，蒸發(fā)器Q=1202kW，Cp=4.2kJ/（kg·K）；取Δt=6℃

2.4.2揚(yáng)程

水源循環(huán)泵取水點(diǎn)進(jìn)水和回水點(diǎn)壓力基本相同，泵的揚(yáng)程主要考慮管道阻力、閥門阻力、冷凝器或蒸發(fā)器阻力為0.154 MPa。功率11KW。

2.5 用戶循環(huán)泵選型

2.5.1流量

蒸發(fā)器Q=1800kW，Cp=4.2kJ/（kg·K）；取Δt=7℃

冷凝器Q=1000kW，Cp=4.2kJ/（kg·K）；取Δt=8℃

2.5.2揚(yáng)程

揚(yáng)程為0.36 MPa，功率為24 kW。

3 投資效益平衡分析

以靈州電廠輔助建筑群的規(guī)模考慮，常規(guī)輔助建筑暖通設(shè)備，采暖采用熱水散熱器、加熱站等，制冷采用空調(diào)，總投資費(fèi)用估算90萬元，水源熱泵系統(tǒng)主要設(shè)備，水源熱泵機(jī)組、循環(huán)泵、其余管道閥門、末端設(shè)備、土建安裝等約為220萬元。常規(guī)輔助建筑暖通設(shè)備的運(yùn)行費(fèi)用，主要是空調(diào)電費(fèi)、采暖蒸汽，年運(yùn)行費(fèi)用估算為56萬元，水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用主要為設(shè)備電費(fèi)、及運(yùn)行檢修費(fèi)用，估算為23萬元， 采用熱泵方案，初投資增加130萬元，但是運(yùn)行費(fèi)用每年能節(jié)省33萬元，簡單估算閱4年收回投資差額。

4 小結(jié)

通過火電廠冷熱源熱泵系統(tǒng)主要設(shè)備的初步選型計(jì)算，與通用的電廠輔助建筑暖通系統(tǒng)進(jìn)行投資收益經(jīng)濟(jì)比較，可以看出，經(jīng)優(yōu)化的循環(huán)水冷熱源熱泵系統(tǒng)節(jié)約了廠用電，節(jié)省了電廠燃煤量，同時(shí)勢必減少二氧化碳、二氧化硫等大氣污染源的排放量，真正能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的效果。本文提出的水源熱泵方案具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，相比常規(guī)電廠暖通系統(tǒng)，在收回投資后，每年可節(jié)省電廠運(yùn)行費(fèi)用約33萬元，每個(gè)采暖季節(jié)約標(biāo)煤689噸。大大提高能源利用率。

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