700 MW電廠高低品位熱源利用探討

江建平， 彭新科， 張 建， 喻 群

(1. 國(guó)家電投集團(tuán)江西電力有限公司，南昌 330096；2. 國(guó)家電投集團(tuán)江西能源銷(xiāo)售有限公司，南昌 330096)

目前，我國(guó)主要依靠火電廠提供電能，而火電廠的效率較低，其主要的熱損失集中在排煙熱損失、循環(huán)水熱損失等方面。筆者通過(guò)綜合智慧能源技術(shù)方法對(duì)電廠高低品位熱源進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，利用管網(wǎng)系統(tǒng)向一定區(qū)域內(nèi)的建筑群供冷供熱，以提高能源利用效率，充分利用峰谷電價(jià)發(fā)揮綜合智慧能源的優(yōu)勢(shì)[1]。

1 技術(shù)方案

某供冷供熱項(xiàng)目總供能面積為1 261.92萬(wàn)m2，設(shè)計(jì)供冷負(fù)荷為504.77 MW，設(shè)計(jì)供熱負(fù)荷為315.48 MW，主要負(fù)荷是夏季供冷冷負(fù)荷與冬季供熱熱負(fù)荷，夏季供冷時(shí)間為135 d，冬季供熱時(shí)間為90 d，目前尚未實(shí)行區(qū)域供冷供熱。

該項(xiàng)目供冷供熱系統(tǒng)由電廠、能源站、市政冷/熱管網(wǎng)、換熱間(板式換熱器)、計(jì)量?jī)x表、用戶(hù)端等組成。能源站與電廠的距離約為6 km，電廠滿(mǎn)負(fù)荷下循環(huán)水質(zhì)量流量為9.3×104～13.9×104t/h，可以作為區(qū)域能源站冬季供熱的低溫?zé)嵩础?/p>

通過(guò)調(diào)研技術(shù)路線及優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終采用3種方案進(jìn)行比選。

1.1 方案一

方案一為提取低品位熱源的余熱作為水源熱泵的熱源進(jìn)行區(qū)域供能。方案一能源站的工作流程見(jiàn)圖1。

圖1 方案一能源站的工作流程

夏季利用水冷冷水機(jī)組與水源熱泵機(jī)組制備空調(diào)冷水，并且可回收部分水冷冷水機(jī)組的冷凝熱制備生活熱水；冬季以電廠低品位循環(huán)水(溫度為25～30 ℃)作為余熱熱源，將從凝汽器出來(lái)的循環(huán)水經(jīng)水泵增壓后送至能源站，經(jīng)換熱后再送回電廠，所供熱水經(jīng)過(guò)水泵增壓后進(jìn)入水源熱泵機(jī)組冷凝器側(cè)進(jìn)行升溫后送至用戶(hù)。由于熱源溫度較為穩(wěn)定，能保證系統(tǒng)制熱時(shí)的高效穩(wěn)定運(yùn)行，系統(tǒng)制熱系數(shù)可達(dá)3.5～5.0。

1.2 方案二

方案二為提取電廠高品位蒸汽的熱量進(jìn)行區(qū)域供能。方案二能源站的工作流程見(jiàn)圖2。能源站空調(diào)冷水制備系統(tǒng)主要包含3個(gè)系統(tǒng)，分別為蒸汽溴化鋰吸收式制冷機(jī)組串聯(lián)離心式冷水機(jī)組系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)，以及能源站和用戶(hù)之間的空調(diào)冷水管網(wǎng)系統(tǒng)。能源站空調(diào)熱水制備系統(tǒng)主要包含2個(gè)系統(tǒng)，分別為汽水換熱機(jī)組和空調(diào)熱水管網(wǎng)系統(tǒng)，以及空調(diào)冷水和空調(diào)熱水共用輸送管網(wǎng)系統(tǒng)。

圖2 方案二能源站的工作流程

該方案使用的高品位蒸汽作為高溫?zé)嵩矗羝膲毫?0.5～0.8 MPa、溫度為270～320 ℃。利用蒸汽溴化鋰吸收式制冷機(jī)組串聯(lián)離心式冷水機(jī)組在夏季制備空調(diào)冷水，利用汽水換熱機(jī)組為主的制熱系統(tǒng)在冬季制備空調(diào)熱水[2]。經(jīng)過(guò)換熱器換熱，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為水的熱能。為提高能源利用率、實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用，能源站設(shè)置蒸汽凝結(jié)水熱回收系統(tǒng)來(lái)制備熱水。

1.3 方案三

方案三為同時(shí)提取電廠高品位蒸汽與低品位循環(huán)水的能量進(jìn)行區(qū)域供能。方案三能源站的工作流程見(jiàn)圖3。和方案二一樣，方案三在夏季直接利用電廠高品位蒸汽及電能[3]，通過(guò)蒸汽溴化鋰吸收式制冷機(jī)組串聯(lián)離心式冷水機(jī)組制冷。能源站空調(diào)冷水制備系統(tǒng)主要包含3個(gè)系統(tǒng)，分別是蒸汽溴化鋰吸收式制冷機(jī)組串聯(lián)離心式制冷機(jī)組系統(tǒng)、冷卻塔系統(tǒng)、空調(diào)水管網(wǎng)系統(tǒng)。能源站空調(diào)熱水制備系統(tǒng)主要包含2個(gè)系統(tǒng)，分別是水水換熱機(jī)組和空調(diào)水管網(wǎng)系統(tǒng)，以及空調(diào)冷水和空調(diào)熱水共用輸送管網(wǎng)系統(tǒng)。

圖3 方案三能源站的工作流程

電廠余熱回收的具體原理見(jiàn)圖4。該方案同時(shí)利用電廠高品位熱源及低品位熱源，以壓力為0.5～0.8 MPa、溫度為270～320 ℃的抽汽作為熱源，利用吸收式熱泵回收電廠循環(huán)水的余熱，用來(lái)制備70 ℃熱水，再經(jīng)過(guò)汽水換熱機(jī)組，用高品位蒸汽對(duì)70 ℃熱水進(jìn)行進(jìn)一步加熱至110 ℃，以制備高溫?zé)崴缓髮⒔?jīng)過(guò)水水換熱器換熱后的50 ℃熱水返回吸收式熱泵。

圖4 電廠余熱回收的系統(tǒng)流程

2 方案比較及分析

對(duì)3種方案在相同邊界條件(見(jiàn)表1)下進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，比較內(nèi)容包括3種技術(shù)方案的運(yùn)行方式、優(yōu)缺點(diǎn)、供熱水溫度、占地面積(包括能源站面積)、效率等，得到3種方案的經(jīng)濟(jì)性比較結(jié)果(見(jiàn)表2[4])。

表1 邊界條件

表1(續(xù))

表2 3種方案的經(jīng)濟(jì)性比較結(jié)果

方案一效率高、占地面積小，經(jīng)濟(jì)性最好，并且系統(tǒng)簡(jiǎn)單、節(jié)能、技術(shù)成熟、調(diào)節(jié)靈活；方案二效率較高、占地面積小、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備管道少，但是經(jīng)濟(jì)性較差、可調(diào)性差；方案三效率較高，但是系統(tǒng)復(fù)雜、占地面積大、總投資較大。最終選擇方案一作為區(qū)域供能的實(shí)施方案。

將電廠循環(huán)水輸送至各能源站，冬季利用水源熱泵機(jī)組制熱，夏季利用水冷冷水機(jī)組制冷，再通過(guò)二級(jí)管網(wǎng)將冷/熱水輸送到各業(yè)態(tài)用戶(hù)。各能源站均設(shè)置儲(chǔ)能罐進(jìn)行削峰填谷。采用方案一后，節(jié)能率在20%以上，綜合能源利用率在80%以上，減排溫室氣體40%以上。經(jīng)測(cè)算，工程全投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(稅后)在10%以上，資本金財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率(稅后)在15%以上。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)某供能項(xiàng)目，提出3種熱源利用方案，并針對(duì)3種方案的特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，得出的主要結(jié)論為：

(1) 方案二和方案三的綜合供能價(jià)格分別為方案一的116.3%和107.6%，因此方案一的總投資和成本最低、收益最好。

(2) 方案一利用電廠循環(huán)水作為低品位熱源，既能夠很好地滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)于冷/熱的需求，又提高了能源的利用效率。

方案實(shí)施后，擬采用附近某電廠作為熱源點(diǎn)，不新建熱源點(diǎn)，因此不會(huì)新增大氣污染物；同時(shí)，可取締現(xiàn)有小鍋爐，采用集中供冷/熱的方式，其環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯。該方案能滿(mǎn)足區(qū)域冷熱負(fù)荷的需求，改善周邊環(huán)境和空氣質(zhì)量。若配套建設(shè)屋頂光伏、儲(chǔ)能、充(換)電系統(tǒng)，能夠充分展現(xiàn)智慧能源項(xiàng)目綜合效應(yīng)。