某電廠2×660MW機組小汽機乏汽余熱回收改造方案分析

唐湘軍 秦廣旭

摘 要：火力發電廠的冷端損失是電廠熱力系統的最大能量損失，大量的汽輪機凝汽器余熱通過不同的冷卻設備排放至大氣中。電廠在冬季運行工況下，汽輪機排汽冷凝熱損失可占燃料總發熱量的50～60%。如能將汽輪機冷凝余熱回收用于城市建筑供熱，相當于在不增加電廠容量，不增加大氣污染物排放，耗煤量和發電量都不變的情況下，擴大了熱源的供熱能力，提高了電廠的綜合能源利用效率，增加了供熱收益。本文以某電廠2×660MW機組的小汽機乏汽余熱回收供熱項目為例，對采用吸收式熱泵機組進行大型發電機組余熱回收進行了技術經濟分析，為同類改造提供參考。

關鍵詞：火電廠 ；余熱回收；吸收式熱泵；節能

1 引言

節能減排是“十三五”期間我國社會經濟實行可持續發展的一個重要議題，作為耗能大戶，火電廠的節能一直是工業節能的重點，隨著化石燃料價格的不斷攀升，節能減排也是電廠自身節省運營成本，提高經濟效益的重要手段。加強余熱回收利用，提高能源利用效率，是節約能源、保護環境的有效措施。

而目前火力發電廠的冷端損失是電廠熱力系統的最大能量損失，大量的汽輪機凝汽器余熱通過不同的冷卻設備排放至大氣中。電廠在冬季運行工況下，汽輪機排汽冷凝熱損失可占燃料總發熱量的50～60%。如能將汽輪機冷凝余熱回收用于城市建筑供熱，相當于在不增加電廠容量，不增加大氣污染物排放，耗煤量和發電量都不變的情況下，擴大了熱源的供熱能力，提高了電廠的綜合能源利用效率，增加了供熱收益。具有非常顯著的經濟效益、環境效益和社會效益。

2 項目簡介

2.1 電廠概況

某電廠2×660MW機組工程是響應國家“上大壓小”政策，優化省電力產業結構、推動節能減排的重要工程。工程于2013年開工建設，2015年投投入運營。

2.2 項目背景

電廠所在地區現市區常住人口約30萬。據統計，當地現有及規劃建筑面積共計800萬㎡，且以每年約100萬㎡的速度增長，目前城市集中供熱面積僅200萬㎡，城市集中供熱率僅25%。為完善城市功能，改造城市環境，擬利用電廠新建2×660MW機組作為熱源，解決城市部分居住建筑的供熱問題，但由于該電廠為純凝機組，僅能提供采暖抽汽200t/h，項目設計供熱能力僅260萬㎡，遠不能滿足城市集中供熱需要。迫切希望通過采用新型供熱技術增加電廠供熱能力，擴大城市集中供熱面積。

3 方案設計

3.1 方案概述

本次設計采用蒸汽驅動型溴化鋰吸收式熱泵機組，以該電廠兩臺660MW汽輪機提供的0.43MPa.a，257℃蒸汽作為驅動熱源，回收利用回收一臺汽驅給水泵的排汽余熱，將供熱一次管網循環水回水從50℃提升至85℃，再通過原熱網加熱器將熱網水加熱到100℃提供給市政供熱。

3.2 供熱基本參數

冬季采暖室內計算溫度：18℃

冬季采暖室外計算溫度：-3.9℃

冬季采暖室外平均溫度：1.5℃（日平均溫度≤5℃期間內的平均溫度）

計算采暖天數：99天（日平均溫度≤5℃的天數，11.24～3.02）

供熱一次網供回水設計溫度：95/50℃

平均熱負荷：計算得冬季平均熱負荷是最大計算熱負荷的75.3%。

3.3 采暖熱指標

根據當地建筑物圍護結構的實際情況及室外氣象條件，依據《城市熱力網設計規范》（CJJ34-2002）、《河南省民用建筑節能設計標準實施細則》（采暖居住建筑DBJ41/041-2005），采暖綜合熱指標為48.5W/m2。

3.4 吸收式熱泵技術在電廠中的應用

溴化鋰吸收式熱泵以蒸汽為驅動熱源，溴化鋰溶液為吸收劑，水為制冷劑，利用水在低壓真空狀態下低沸點沸騰的特性，提取低品位廢熱源中的熱量，通過回收轉換制取采暖用或工藝用的高品位熱水，實現低品位余熱的回收利用。根據驅動熱源及余熱源的品位，熱泵機組驅動熱源熱量、回收的低位熱源（余熱）熱量及輸出熱量之比為1： 0.6～0.8：1.6～1.8，即機組制熱效率為1.6～1.8。

汽輪機凝汽器的乏汽余熱原來通過循環水經冷卻塔或其它方式排放到大氣中，造成能量損失和環境的污染。采用吸收式熱泵技術，利用電廠采暖抽汽作為驅動熱源，回收循環冷卻水余熱，加熱熱網回水，再利用尖峰加熱器加熱到設計供水溫度提供給市政管網供熱。用吸收式熱泵提熱替代冷卻塔散熱，減少了電廠冷端損失，增加了電廠供熱能力，同時也提高了電廠總熱效率。

3.5 設備選型及主要參數

本項目選用4臺36MW乏汽型溴化鋰吸收熱泵機組，主要參數如下：

（1）熱泵機組額定工況運行參數

熱泵機組總供熱量：144.3MW

熱水進出水溫度：50℃/85℃

一次網熱水流量： 3550m3/h

采暖抽汽壓力：0.43MPa.a

采暖抽汽溫度：257℃

熱泵疏水溫度：90℃

熱泵蒸汽用量：117.4t/h

小汽機排汽壓力：10KPa

排汽凝水溫度：45.8℃

回收小汽機排汽余熱量：60MW

（2）二次加熱器額定工況運行參數

熱網加熱器供熱量：61.8MW

熱網加熱器進出水溫度：85℃/100℃

熱網加熱器疏水溫度：100℃

熱網加熱器蒸汽用量：91.6t/h

3.6 改造后供熱能力分析

本項目選用4臺36MW乏汽型溴化鋰吸收熱泵機組，回收一臺汽驅給水泵的排汽余熱60MW，單位建筑面積供熱負荷指標按48.5W/m2計算，回收的余熱可以滿足約122.5萬㎡建筑的供熱需求。項目全部完成后，系統的總供熱能力為206.1MW，總供熱面積可達413.6萬㎡（如采用電廠采暖抽汽直接供熱，額定工況下供熱能力約為291萬㎡）。

4 項目經濟環境效益分析

4.1 項目經濟效益分析

（1）供熱收益分析。本方案熱泵額定運行工況下可回收循環水余熱60MW，新鄉冬季采暖供熱時間為99天，熱泵制熱作為基礎負荷，考慮初寒、末寒及給水泵負荷的波動，熱泵運行系數按0.85計算，故項目完成后，熱泵每年可以回收循環水余熱量43.6萬GJ。按供熱收費價格42元/GJ計算，每年增加的供熱收益為1830萬元。（2）項目經濟性分析。項目預計熱泵設備投資3500萬元，土建及安裝費用2000萬元，其它投資約1200萬元，項目總投資6700萬元。

項目建成后年可回收電廠冷凝余熱43.6萬GJ，年余熱供熱收益1830萬元，項目各項運行費用總計約230萬元/年，毛利潤為1600萬元/年，項目靜態投資回收期約4.2年。

4.2 項目環境效益分析

按每吉焦供熱量折標準煤0.03412噸計算，折合節約標準煤1.49萬噸/年。

5 總結建議

綜上，本項目采用吸收式熱泵回收電廠小汽機乏汽冷凝余熱，可提高電廠能源利用效率，增加電廠集中供熱能力，節能減排的同時可解決城市供熱的民生問題，項目符合國家鼓勵政策。因此，該電廠冷凝余熱回收集中供熱工程技術可行，經濟效益可觀，環境和社會效益顯著，建議實施并推廣。

參考文獻：

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