河北某2×300MW熱電廠循環水余熱回收利用工程熱泵熱源水優化設計方案的研究

李文

【摘 要】 本文對基于溴化鋰熱泵技術回收熱電廠循環水余熱的技術方案進行優化設計研究，解決了熱電廠在冬季循環水泵低速運行，循環水流量大幅度減小影響熱泵COP的問題，使熱泵回收余熱量仍然達到相當于循環水泵高速運行時循環水量中的余熱量，增加了投資效益。同時解決循環水中熱量被回收后的冷卻水塔凍冰問題。

【關鍵詞】 熱電廠 循環水 余熱回收 優化設計

0 引言

熱電廠循環水余熱回收技術正在東北、華北、西北地區大力推行，取得顯著節能減排效益。在不增加燃煤量的情況下，通過溴化鋰熱泵技術提取電廠循環水中的低溫熱能，加入到城市熱網中，增加城市供熱面積。

但是，有的熱電廠冬季循環水泵處于低轉速運行工況，循環水量較小，進入熱泵的熱源水就少，直接影響熱泵的COP及回收余熱量的能力。為充分挖掘節能降耗的潛能，最大限度的回收電廠機組排汽余熱量，提高熱泵投資收益，采用什么樣的循環水系統改造方案，既保證機組安全，又能保證余熱回收設備COP達到最佳態，從中能夠最大限度的回收循環水余熱量開展了優化設計研究。

1 問題的提出

河北某2×300MW熱電廠實施循環水余熱回收利用改造工程，該廠歷史悠久，機組較多，兩臺300MW機組分別被排號為#10、#11機。循環水系統設計一機對應一塔的單元制系統，每臺機凝汽器出口至冷卻塔的循環水管道在水塔前分成三路上塔。每臺機組循環水系統均配有兩臺循環水泵，具有高低速兩個運行工況。夏季，兩個循環水泵高速同時運行，單泵運行時流量為17640 t/h。冬季，每臺機組保持一臺循環水泵低速運行，循環水量約為14000t/h，凝汽器循環水進出口溫度一般在24/35℃上下。

該廠循環水余熱回收工程確定在#11機進行。熱泵熱源水余熱回收系統常規設計方案是按照電廠冬季正常運行時的循環水流量14000t/h來設計，相應的熱泵熱源水管道直徑也是按照14000t/h來設計。存在許多弊病，一是循環水量偏小，熱泵回收余熱量少，效率（COP）明顯降低，延長投資回收期；二是循環水中的余熱被提取后，水塔結凍不可避免。為了獲取最佳投資收益，又能實現水塔防凍，本人對該工程循環水余熱回收利用改造方案進行了優化設計研究。

2 水塔防凍方案優化設計研究

常規設計#11機組循環水通過熱泵，其中熱量被熱泵提取，溫度降低，然后被送回到原來#11機冷卻水塔繼續冷卻降溫，水塔容易發生結冰凍壞的情況。

為解決冷卻水塔防凍問題，制定了兩塔合一方案（請詳見附圖）。在熱泵循環水進口前設計兩臺升壓泵，增加熱泵出口循環水去#10機水塔的管道及閥門。#11機循環水上水水塔的三路閥門被關閉，#11機水塔停運。#11機循環水在熱泵與凝汽器形成一個閉式循環回路，調節凝汽器入口水溫的循環水送往#10機冷卻塔，增加了#10機冷卻塔上水量，可實現兩塔合一的防凍效果。

2.1 運行流程

熱泵正常運行時，閥門111、112、113關閉，循環水不送上#11機冷卻水塔。循環水通過電廠循環水泵P11打入凝汽器入口A，然后通過升壓泵形成A→B→C→D→E→A閉式循環水路徑。

在熱泵循環水出口母管接一管路D-F，安裝一個調節閥2，當循環水溫度過高將#11機循環水部分送往#10機冷卻塔冷卻，冷卻后的循環水通過循環水泵P11（或P10）打回到凝汽器。

為防止#10機循環水系統出現故障，也可將熱泵循環水送入本機冷卻水塔運行，增加了靈活性。增加了凝汽器循環水出口管道截斷閥4和熱泵出口循環水送往#11機冷卻水塔的閥門3及管路。這樣循環水即可兩塔合一，也可分塔獨立運行”系統。

該方案的益處是升壓泵、熱泵、凝汽器形成閉式循環系統，閉式循環系統的流量不受電廠循環水泵流量的限制，電廠循環水泵P11只起到頂壓和補水作用，不但節約電廠循環水泵P11耗電量，而且能夠增大熱泵的熱源水流量，使回收余熱量最大化。

2.2 循環水溫度調節方法

調節閥1進行凝汽器出口溫度主要調節閥，調節閥2作為輔助調節閥。當凝汽器出口溫度高于（低于）給定值34℃，開大（關小）調節閥1，增大（減少）循環水流量，此時電廠循環水泵P11只起到補水作用，以保持循環水正常壓力。當調節閥1已經全開，凝汽器出口溫度仍高于給定值34℃，輔助調節閥2將開啟，一部分循環水被輸送到#10機冷卻水塔淋水層降溫。否則，調節閥2關閉。

在初、末寒期，機組供熱抽汽量較小，汽輪機排汽量相對較大，循環水在凝汽器中的溫升幅度大于在熱泵降溫幅度，因此需要開啟調節閥2，將部分循環水送到冷卻塔降溫后，再通過電廠循環水泵補充水作用返回凝汽器入口管道混合，降低凝汽器入口溫度。在嚴寒期，機組供熱抽汽量較大，汽輪機排汽量相對較小，循環水在熱泵降溫幅度和在凝汽器中的溫升幅度基本相當，此階段基本不需要開啟調節閥2。

2.3 安全保護措施

當出現兩臺升壓泵同時跳閘事故時，自動聯鎖開啟冷卻水塔閥門111、112、113即可。如果#11機循環水泵P11在停運狀態時，同時自動聯動循環水泵P11，或自動提升#10機循環水泵轉速到高速運行。

3 熱泵最大余熱量回收優化設計研究

根據電廠循環水泵高低速兩種運行工況的不同流量，熱泵熱源水系統設計兩個升壓泵選型方案。

3.1方案一

熱泵熱源水系統升壓泵參數按照常規方法選配，與電廠一臺循環水水泵低速運行時的流量14000t/h匹配設計，選擇兩臺循環水泵，每臺流量7200t/h，揚程15米，電機功率440KW。

3.2方案二

熱泵熱源水系統升壓泵參數按照熱泵最佳COP所需循環水系統流量18000t/h設計，升壓泵選型為兩臺循環水泵，每臺流量9200t/h，揚程15米，電機功率560KW。endprint

3.3 系統耗電費用測算分析比較

基礎數據：（1）電廠循環泵高速424rpm對應電機1500KW功率，計算出低速374rpm時對應的功率是1030KW。（2）初寒末寒期，熱網按照11000t/h流量，供回水溫度48/70℃，需熱泵驅動蒸汽和熱網加熱器蒸汽共286.2t/h，減去廠用輔助蒸汽約25t/h，實際汽輪機排汽量約300t/h，余熱量為201MW。（3）寒初寒末期和嚴寒期分別按照70天/50天計算節約電量，上網電價0.386元。（4）供熱價格24.6元/GJ，供暖期為4個月（2880小時）。（5）上網電價是0.386元/kWh。

3.3.1 方案一和方案二兩臺不同流量升壓泵耗電費用比較

方案一：兩臺熱泵440KW升壓泵年耗電費用：880×2880×0.386=978278.4元。

方案二：兩臺熱泵560KW升壓泵年耗電費用：1120×2880×0.386=1245081.6元。

表面上看，方案二比方案一多耗電價格266803.2元。但是，將電廠循環水泵（低速）和升壓泵作為一個整體耗電系統進行全過程分析，卻是不同的結果。

3.3.2 兩個方案的電廠循環水泵和升壓泵整體耗電量計算分析

（1）方案一，電廠一臺低速循環水泵運行，熱泵熱源水選用兩臺流量7200t/h升壓泵運行時，電廠循環水泵用電分析。

在初寒末寒期階段，依據上述基礎數據2可知，汽輪機排汽余熱量為201MW，可使14000t/h循環水溫升達12.4℃，按照熱泵最佳COP熱源水進口溫度34℃的要求，即從21.6℃升高到34℃，而熱泵溫降從34℃降低到28.9℃，溫降幅度5.1℃，還需要增加溫降幅度7.3℃，才能將凝汽器入口循環水溫維持在21.6℃。冷卻水塔降溫能力仍然按照10℃計算，需要9520t/h循環水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環水泵補充9520t/h循環水，消耗功率427KW（14米揚程計算），每小時節電1030-427=603KW。

在嚴寒期，當汽輪機抽汽量達到450t/h時，汽輪機排汽余熱量還大于與熱泵吸收余熱量，需要分流送去冷卻塔降溫的循環水流量2800t/h，需要電廠循環水泵補充2800t/h水，才能將凝汽器入口循環水溫維持在21.6℃，因此還需要用#11機循環水泵繼續保持低速運行，無法停運。從循環水泵運行曲線查出，此時電機功率仍為463KW，每小時節電1030-463=567KW

升壓泵與電廠循環水泵作為一個整體耗電系統，在寒初寒末期，折扣電廠循環水泵節電量，實際每小時多增加耗電880-603=277KW。在嚴寒期，折扣電廠循環水泵節電量，實際每小時多增加耗電880-567=313KW。

寒初寒末期和嚴寒期分別按照70天/50天計算節約電量，則整個熱泵循環水系統水泵耗電費用比改造前實際增加電費：

（277×24×70+313×24×50）×0.386=324610.6元。

（2）方案二，電廠一臺循環水泵低速運行，熱泵熱源水選用兩臺流量9200t/h升壓泵運行時，電廠循環水泵用電分析。

首先，在初寒末寒期階段，循環水補水量消耗水泵功率計算。

初寒末寒期階段，依據上述基礎數據（2）可計算出，汽輪機排汽量余熱量為201MW，可使18000t/h循環水溫升達9.6℃，按照熱泵最佳COP熱源水進口溫度34℃的要求，即從24.4℃升高到34℃，而熱泵循環水（熱源水）溫降從34℃降低到29.5℃，溫降幅度4.5℃，還需要再溫降5.1℃才能將凝汽器入口循環水溫維持在24.4℃。冷卻水塔降溫能力按照10℃計算，還需要8742t/h循環水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環水泵補充8742t/h循環水，僅消耗功率390KW（14米揚程計算），每小時節電1030-390=640KW。此時還需要用#11機循環水泵繼續保持低速運行，多余水量通過聯絡門打入#10機循環水系統。有利于提高#10機的真空，降低熱耗。隨著逐漸趨近寒冷，汽輪機供熱抽汽量加大，汽輪機排汽量逐漸減少，排出的余熱量也同步減少，分流去冷卻塔降溫的循環水流量也逐步減少，電廠循環水泵補水量消耗的功率隨之減少，節電效果逐步加大。

在嚴寒期，當汽輪機抽汽量達到450t/h時，汽輪機排汽余熱量幾乎與熱泵吸收余熱量相當，循環水不需要再分流去冷卻塔降溫，也就不需要電廠循環水泵補水了。在升壓泵、熱泵、凝汽器之間完全形成閉式循環，可停止#11機循環水泵運行。此時只需要用#10機循環水泵在低速運行狀態下通過聯絡門維持#11機凝汽器入口管道壓力（頂壓）即可，或維持50～100t/h左右的補水量，對應電機多耗電9KW，每小時可節電1030-9=1021KW。

升壓泵與電廠循環水泵做為一個整體耗電系統，雖然，兩臺升壓泵功率增大到1120KW。但是，它替代了電廠循環水泵的絕大部分循環水動力，增加耗電和節約用電部分抵消，總體增加耗電費用如下。

在寒初寒末期階段，折扣電廠循環水泵節約電量，實際每小時只多增加耗電1120-640=480 KW，并且越來越少。在嚴寒期階段，折扣電廠循環水泵節電量，實際每小時只多增加耗電1120-1021=9KW。

初寒末寒期和嚴寒期分別按照70天/50天計算節約電量，則整個循環水系統設備耗電費用比改造前實際增加電費：

（480×24×70+9×24×50）×0.386=315439.2元。

3.3.3 兩個方案回收余熱量效益分析

方案一選擇14000t/h循環流量和方案二選擇18000t/h循環水流量熱泵循環水系統兩個系統回收余熱收益進行計算分析。

根據前面基礎數據對熱泵余熱回收能力的熱力計算，結果是，如果按照方案二18000t/h熱泵循環水流量回收余熱，熱泵回收余熱可達102.4MW，全年回收余熱106.1萬GJ，收入2610.47萬元，而且COP也較高，運行成本降低。而方案一選擇14000t/h熱泵循環水流量的熱泵回收余熱僅98.4MW， 全年回收余熱102萬GJ，收入2509.2萬元，而且COP也較低，運行成本提高。方案二比方案一多增加2610.47-2509.2=101.27萬元收入，而且COP也較高，效益更好。

4 結語

經過上述循環水余熱回收系統方案優化設計研究，我們得到以下幾個方面的成果。

一是方案二打破了傳統的熱泵熱源水系統服從于電廠循環水流量匹配設計的常規設計方案。當時方案爭論的焦點是，電廠循環水泵低速運行工況只有14000t/h循環水量，按照18000t/h流量熱源水系統設計怎么能運行呢？雖然電廠循環水泵低速運行工況只有14000t/h循環水量，但是由于熱泵與凝汽器之間設計有升壓泵，保證了熱泵、升壓泵與凝汽器之間能夠行成獨立的閉式循環系統，所以熱泵熱源水（循環水）仍然能夠按照18000t/h流量循環系統設計回收余熱，保證能夠向熱泵提供最大余熱量。電廠低速循環水泵只起到補水泵的作用。

二是通過將電廠循環水泵和升壓泵作為整體耗電系統研究，改變人們表面上簡單認知，方案二設計兩臺大流量升壓泵比方案一設計兩臺小流量升壓泵增加電廠廠用電量高的問題，實際投產后證明，方案二的電廠循環水泵節電效果比理論分析更好，并且方案二的熱泵從循環水中回收的余熱收益遠高于方案一。

三是通過兩塔合一的優化設計方案，很好地解決了北方循環水余熱回收后的水塔結凍問題。

通過方案優化設計研究分析報告，最終，工程決策者采納了方案二實施組織設計。該廠循環水余熱回收系統已于2012年1月投入運行，實際運行證明，方案二取得預期的令人滿意效益。

附圖：“兩塔合一”設計方案圖endprint

3.3 系統耗電費用測算分析比較

基礎數據：（1）電廠循環泵高速424rpm對應電機1500KW功率，計算出低速374rpm時對應的功率是1030KW。（2）初寒末寒期，熱網按照11000t/h流量，供回水溫度48/70℃，需熱泵驅動蒸汽和熱網加熱器蒸汽共286.2t/h，減去廠用輔助蒸汽約25t/h，實際汽輪機排汽量約300t/h，余熱量為201MW。（3）寒初寒末期和嚴寒期分別按照70天/50天計算節約電量，上網電價0.386元。（4）供熱價格24.6元/GJ，供暖期為4個月（2880小時）。（5）上網電價是0.386元/kWh。

3.3.1 方案一和方案二兩臺不同流量升壓泵耗電費用比較

方案一：兩臺熱泵440KW升壓泵年耗電費用：880×2880×0.386=978278.4元。

方案二：兩臺熱泵560KW升壓泵年耗電費用：1120×2880×0.386=1245081.6元。

表面上看，方案二比方案一多耗電價格266803.2元。但是，將電廠循環水泵（低速）和升壓泵作為一個整體耗電系統進行全過程分析，卻是不同的結果。

3.3.2 兩個方案的電廠循環水泵和升壓泵整體耗電量計算分析

（1）方案一，電廠一臺低速循環水泵運行，熱泵熱源水選用兩臺流量7200t/h升壓泵運行時，電廠循環水泵用電分析。

在初寒末寒期階段，依據上述基礎數據2可知，汽輪機排汽余熱量為201MW，可使14000t/h循環水溫升達12.4℃，按照熱泵最佳COP熱源水進口溫度34℃的要求，即從21.6℃升高到34℃，而熱泵溫降從34℃降低到28.9℃，溫降幅度5.1℃，還需要增加溫降幅度7.3℃，才能將凝汽器入口循環水溫維持在21.6℃。冷卻水塔降溫能力仍然按照10℃計算，需要9520t/h循環水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環水泵補充9520t/h循環水，消耗功率427KW（14米揚程計算），每小時節電1030-427=603KW。

在嚴寒期，當汽輪機抽汽量達到450t/h時，汽輪機排汽余熱量還大于與熱泵吸收余熱量，需要分流送去冷卻塔降溫的循環水流量2800t/h，需要電廠循環水泵補充2800t/h水，才能將凝汽器入口循環水溫維持在21.6℃，因此還需要用#11機循環水泵繼續保持低速運行，無法停運。從循環水泵運行曲線查出，此時電機功率仍為463KW，每小時節電1030-463=567KW

升壓泵與電廠循環水泵作為一個整體耗電系統，在寒初寒末期，折扣電廠循環水泵節電量，實際每小時多增加耗電880-603=277KW。在嚴寒期，折扣電廠循環水泵節電量，實際每小時多增加耗電880-567=313KW。

寒初寒末期和嚴寒期分別按照70天/50天計算節約電量，則整個熱泵循環水系統水泵耗電費用比改造前實際增加電費：

（277×24×70+313×24×50）×0.386=324610.6元。

（2）方案二，電廠一臺循環水泵低速運行，熱泵熱源水選用兩臺流量9200t/h升壓泵運行時，電廠循環水泵用電分析。

首先，在初寒末寒期階段，循環水補水量消耗水泵功率計算。

初寒末寒期階段，依據上述基礎數據（2）可計算出，汽輪機排汽量余熱量為201MW，可使18000t/h循環水溫升達9.6℃，按照熱泵最佳COP熱源水進口溫度34℃的要求，即從24.4℃升高到34℃，而熱泵循環水（熱源水）溫降從34℃降低到29.5℃，溫降幅度4.5℃，還需要再溫降5.1℃才能將凝汽器入口循環水溫維持在24.4℃。冷卻水塔降溫能力按照10℃計算，還需要8742t/h循環水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環水泵補充8742t/h循環水，僅消耗功率390KW（14米揚程計算），每小時節電1030-390=640KW。此時還需要用#11機循環水泵繼續保持低速運行，多余水量通過聯絡門打入#10機循環水系統。有利于提高#10機的真空，降低熱耗。隨著逐漸趨近寒冷，汽輪機供熱抽汽量加大，汽輪機排汽量逐漸減少，排出的余熱量也同步減少，分流去冷卻塔降溫的循環水流量也逐步減少，電廠循環水泵補水量消耗的功率隨之減少，節電效果逐步加大。

在嚴寒期，當汽輪機抽汽量達到450t/h時，汽輪機排汽余熱量幾乎與熱泵吸收余熱量相當，循環水不需要再分流去冷卻塔降溫，也就不需要電廠循環水泵補水了。在升壓泵、熱泵、凝汽器之間完全形成閉式循環，可停止#11機循環水泵運行。此時只需要用#10機循環水泵在低速運行狀態下通過聯絡門維持#11機凝汽器入口管道壓力（頂壓）即可，或維持50～100t/h左右的補水量，對應電機多耗電9KW，每小時可節電1030-9=1021KW。

升壓泵與電廠循環水泵做為一個整體耗電系統，雖然，兩臺升壓泵功率增大到1120KW。但是，它替代了電廠循環水泵的絕大部分循環水動力，增加耗電和節約用電部分抵消，總體增加耗電費用如下。

在寒初寒末期階段，折扣電廠循環水泵節約電量，實際每小時只多增加耗電1120-640=480 KW，并且越來越少。在嚴寒期階段，折扣電廠循環水泵節電量，實際每小時只多增加耗電1120-1021=9KW。

初寒末寒期和嚴寒期分別按照70天/50天計算節約電量，則整個循環水系統設備耗電費用比改造前實際增加電費：

（480×24×70+9×24×50）×0.386=315439.2元。

3.3.3 兩個方案回收余熱量效益分析

方案一選擇14000t/h循環流量和方案二選擇18000t/h循環水流量熱泵循環水系統兩個系統回收余熱收益進行計算分析。

根據前面基礎數據對熱泵余熱回收能力的熱力計算，結果是，如果按照方案二18000t/h熱泵循環水流量回收余熱，熱泵回收余熱可達102.4MW，全年回收余熱106.1萬GJ，收入2610.47萬元，而且COP也較高，運行成本降低。而方案一選擇14000t/h熱泵循環水流量的熱泵回收余熱僅98.4MW， 全年回收余熱102萬GJ，收入2509.2萬元，而且COP也較低，運行成本提高。方案二比方案一多增加2610.47-2509.2=101.27萬元收入，而且COP也較高，效益更好。

4 結語

經過上述循環水余熱回收系統方案優化設計研究，我們得到以下幾個方面的成果。

一是方案二打破了傳統的熱泵熱源水系統服從于電廠循環水流量匹配設計的常規設計方案。當時方案爭論的焦點是，電廠循環水泵低速運行工況只有14000t/h循環水量，按照18000t/h流量熱源水系統設計怎么能運行呢？雖然電廠循環水泵低速運行工況只有14000t/h循環水量，但是由于熱泵與凝汽器之間設計有升壓泵，保證了熱泵、升壓泵與凝汽器之間能夠行成獨立的閉式循環系統，所以熱泵熱源水（循環水）仍然能夠按照18000t/h流量循環系統設計回收余熱，保證能夠向熱泵提供最大余熱量。電廠低速循環水泵只起到補水泵的作用。

二是通過將電廠循環水泵和升壓泵作為整體耗電系統研究，改變人們表面上簡單認知，方案二設計兩臺大流量升壓泵比方案一設計兩臺小流量升壓泵增加電廠廠用電量高的問題，實際投產后證明，方案二的電廠循環水泵節電效果比理論分析更好，并且方案二的熱泵從循環水中回收的余熱收益遠高于方案一。

三是通過兩塔合一的優化設計方案，很好地解決了北方循環水余熱回收后的水塔結凍問題。

通過方案優化設計研究分析報告，最終，工程決策者采納了方案二實施組織設計。該廠循環水余熱回收系統已于2012年1月投入運行，實際運行證明，方案二取得預期的令人滿意效益。

附圖：“兩塔合一”設計方案圖endprint

3.3 系統耗電費用測算分析比較

基礎數據：（1）電廠循環泵高速424rpm對應電機1500KW功率，計算出低速374rpm時對應的功率是1030KW。（2）初寒末寒期，熱網按照11000t/h流量，供回水溫度48/70℃，需熱泵驅動蒸汽和熱網加熱器蒸汽共286.2t/h，減去廠用輔助蒸汽約25t/h，實際汽輪機排汽量約300t/h，余熱量為201MW。（3）寒初寒末期和嚴寒期分別按照70天/50天計算節約電量，上網電價0.386元。（4）供熱價格24.6元/GJ，供暖期為4個月（2880小時）。（5）上網電價是0.386元/kWh。

3.3.1 方案一和方案二兩臺不同流量升壓泵耗電費用比較

方案一：兩臺熱泵440KW升壓泵年耗電費用：880×2880×0.386=978278.4元。

方案二：兩臺熱泵560KW升壓泵年耗電費用：1120×2880×0.386=1245081.6元。

表面上看，方案二比方案一多耗電價格266803.2元。但是，將電廠循環水泵（低速）和升壓泵作為一個整體耗電系統進行全過程分析，卻是不同的結果。

3.3.2 兩個方案的電廠循環水泵和升壓泵整體耗電量計算分析

（1）方案一，電廠一臺低速循環水泵運行，熱泵熱源水選用兩臺流量7200t/h升壓泵運行時，電廠循環水泵用電分析。

在初寒末寒期階段，依據上述基礎數據2可知，汽輪機排汽余熱量為201MW，可使14000t/h循環水溫升達12.4℃，按照熱泵最佳COP熱源水進口溫度34℃的要求，即從21.6℃升高到34℃，而熱泵溫降從34℃降低到28.9℃，溫降幅度5.1℃，還需要增加溫降幅度7.3℃，才能將凝汽器入口循環水溫維持在21.6℃。冷卻水塔降溫能力仍然按照10℃計算，需要9520t/h循環水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環水泵補充9520t/h循環水，消耗功率427KW（14米揚程計算），每小時節電1030-427=603KW。

在嚴寒期，當汽輪機抽汽量達到450t/h時，汽輪機排汽余熱量還大于與熱泵吸收余熱量，需要分流送去冷卻塔降溫的循環水流量2800t/h，需要電廠循環水泵補充2800t/h水，才能將凝汽器入口循環水溫維持在21.6℃，因此還需要用#11機循環水泵繼續保持低速運行，無法停運。從循環水泵運行曲線查出，此時電機功率仍為463KW，每小時節電1030-463=567KW

升壓泵與電廠循環水泵作為一個整體耗電系統，在寒初寒末期，折扣電廠循環水泵節電量，實際每小時多增加耗電880-603=277KW。在嚴寒期，折扣電廠循環水泵節電量，實際每小時多增加耗電880-567=313KW。

寒初寒末期和嚴寒期分別按照70天/50天計算節約電量，則整個熱泵循環水系統水泵耗電費用比改造前實際增加電費：

（277×24×70+313×24×50）×0.386=324610.6元。

（2）方案二，電廠一臺循環水泵低速運行，熱泵熱源水選用兩臺流量9200t/h升壓泵運行時，電廠循環水泵用電分析。

首先，在初寒末寒期階段，循環水補水量消耗水泵功率計算。

初寒末寒期階段，依據上述基礎數據（2）可計算出，汽輪機排汽量余熱量為201MW，可使18000t/h循環水溫升達9.6℃，按照熱泵最佳COP熱源水進口溫度34℃的要求，即從24.4℃升高到34℃，而熱泵循環水（熱源水）溫降從34℃降低到29.5℃，溫降幅度4.5℃，還需要再溫降5.1℃才能將凝汽器入口循環水溫維持在24.4℃。冷卻水塔降溫能力按照10℃計算，還需要8742t/h循環水送去冷卻水塔降溫，也就是需要電廠循環水泵補充8742t/h循環水，僅消耗功率390KW（14米揚程計算），每小時節電1030-390=640KW。此時還需要用#11機循環水泵繼續保持低速運行，多余水量通過聯絡門打入#10機循環水系統。有利于提高#10機的真空，降低熱耗。隨著逐漸趨近寒冷，汽輪機供熱抽汽量加大，汽輪機排汽量逐漸減少，排出的余熱量也同步減少，分流去冷卻塔降溫的循環水流量也逐步減少，電廠循環水泵補水量消耗的功率隨之減少，節電效果逐步加大。

在嚴寒期，當汽輪機抽汽量達到450t/h時，汽輪機排汽余熱量幾乎與熱泵吸收余熱量相當，循環水不需要再分流去冷卻塔降溫，也就不需要電廠循環水泵補水了。在升壓泵、熱泵、凝汽器之間完全形成閉式循環，可停止#11機循環水泵運行。此時只需要用#10機循環水泵在低速運行狀態下通過聯絡門維持#11機凝汽器入口管道壓力（頂壓）即可，或維持50～100t/h左右的補水量，對應電機多耗電9KW，每小時可節電1030-9=1021KW。

升壓泵與電廠循環水泵做為一個整體耗電系統，雖然，兩臺升壓泵功率增大到1120KW。但是，它替代了電廠循環水泵的絕大部分循環水動力，增加耗電和節約用電部分抵消，總體增加耗電費用如下。

在寒初寒末期階段，折扣電廠循環水泵節約電量，實際每小時只多增加耗電1120-640=480 KW，并且越來越少。在嚴寒期階段，折扣電廠循環水泵節電量，實際每小時只多增加耗電1120-1021=9KW。

初寒末寒期和嚴寒期分別按照70天/50天計算節約電量，則整個循環水系統設備耗電費用比改造前實際增加電費：

（480×24×70+9×24×50）×0.386=315439.2元。

3.3.3 兩個方案回收余熱量效益分析

方案一選擇14000t/h循環流量和方案二選擇18000t/h循環水流量熱泵循環水系統兩個系統回收余熱收益進行計算分析。

根據前面基礎數據對熱泵余熱回收能力的熱力計算，結果是，如果按照方案二18000t/h熱泵循環水流量回收余熱，熱泵回收余熱可達102.4MW，全年回收余熱106.1萬GJ，收入2610.47萬元，而且COP也較高，運行成本降低。而方案一選擇14000t/h熱泵循環水流量的熱泵回收余熱僅98.4MW， 全年回收余熱102萬GJ，收入2509.2萬元，而且COP也較低，運行成本提高。方案二比方案一多增加2610.47-2509.2=101.27萬元收入，而且COP也較高，效益更好。

4 結語

經過上述循環水余熱回收系統方案優化設計研究，我們得到以下幾個方面的成果。

一是方案二打破了傳統的熱泵熱源水系統服從于電廠循環水流量匹配設計的常規設計方案。當時方案爭論的焦點是，電廠循環水泵低速運行工況只有14000t/h循環水量，按照18000t/h流量熱源水系統設計怎么能運行呢？雖然電廠循環水泵低速運行工況只有14000t/h循環水量，但是由于熱泵與凝汽器之間設計有升壓泵，保證了熱泵、升壓泵與凝汽器之間能夠行成獨立的閉式循環系統，所以熱泵熱源水（循環水）仍然能夠按照18000t/h流量循環系統設計回收余熱，保證能夠向熱泵提供最大余熱量。電廠低速循環水泵只起到補水泵的作用。

二是通過將電廠循環水泵和升壓泵作為整體耗電系統研究，改變人們表面上簡單認知，方案二設計兩臺大流量升壓泵比方案一設計兩臺小流量升壓泵增加電廠廠用電量高的問題，實際投產后證明，方案二的電廠循環水泵節電效果比理論分析更好，并且方案二的熱泵從循環水中回收的余熱收益遠高于方案一。

三是通過兩塔合一的優化設計方案，很好地解決了北方循環水余熱回收后的水塔結凍問題。

通過方案優化設計研究分析報告，最終，工程決策者采納了方案二實施組織設計。該廠循環水余熱回收系統已于2012年1月投入運行，實際運行證明，方案二取得預期的令人滿意效益。

附圖：“兩塔合一”設計方案圖endprint