熱電廠循環(huán)水熱泵供熱技術方案與節(jié)能性分析

（1．中國市政工程華北設計研究總院河南分院；2．河南建科市政工程設計有限公司，河南 鄭州 450000）

熱電廠循環(huán)水熱泵供熱技術方案與節(jié)能性分析

晏洪浩

（1．中國市政工程華北設計研究總院河南分院；2．河南建科市政工程設計有限公司，河南 鄭州 450000）

本文簡述了熱電廠循環(huán)水熱泵供熱的原理，介紹了某300MW級熱電廠環(huán)水熱泵供熱技術方案，分析了該方案的節(jié)能性和節(jié)水性。強調環(huán)境保護和資源節(jié)約。

循環(huán)水供熱；節(jié)能減排；熱泵技術；供熱改造

概述

目前300MW級熱電機組的全廠熱效率一般在50%左右，大量的熱能通過電廠循環(huán)水在冷卻塔中散放。電廠循環(huán)水熱能品位低、量大、集中，在熱電廠近距離內一般難以找到足夠的穩(wěn)定的熱負荷，必須擴大集中供熱的距離才能加以利用。為了輸送的經濟性，一般以高溫水大溫差的方式輸送到遠距離的城市換熱站。這就需要利用吸收式熱泵吸收低品位的冷凝熱，使用汽輪機抽汽作為驅動蒸汽，熱泵機組將熱網 50～60℃的回水加熱到85℃左右，再通過汽水加熱器將水溫提高到110～120℃供水溫度，對城區(qū)集中供熱。用熱泵系統回收電廠循環(huán)水中的熱能，既降低了電廠熱量的浪費，保護了環(huán)境，又開發(fā)了一種清潔能源，增大了熱電廠的供熱能力。本文以某2×300MW電廠供熱改造為例，對循環(huán)水熱泵供熱技術方案與節(jié)能性進行介紹和分析。

1 吸收式熱泵原理。

吸收式熱泵以溴化鋰溶液為吸收劑，水為制冷劑，汽輪機抽汽為驅動熱源，利用制冷劑在低壓真空狀態(tài)下低沸點沸騰的特性，提取循環(huán)水中低品位的熱量，通過回收轉換制取85℃左右的熱水。輸入1份汽輪機抽汽的熱量，可以提取0.6～0.8份循環(huán)水中熱量，從而得到1.6～1.8份85℃左右的熱水的熱量，熱泵的能效比在1.6～18之間。

2 熱泵系統設計方案。

本項目利用某電廠（2×300MW機組）供熱抽汽改造的蒸汽（0.8MPa，337℃）經減溫減壓（0.6MPa，168℃）后驅動吸收式熱泵機組，回收循環(huán)冷卻水余熱，將一次管網熱水回水溫度從50℃提升至85℃（熱泵機組廠家提供數據），再利用熱網加熱器將一次管網熱水加熱到110℃提供給市政管網供熱。循環(huán)冷卻水經吸收式熱泵機組提取熱量后回到冷卻塔水池。本項目冷凝熱回收系統包括蒸汽系統、結水回收系統、余熱水系統、熱網循環(huán)水系統、補水系統。系統圖如圖1：

2.1 蒸汽及凝結水系統。蒸汽系統為溴化鋰吸收式熱泵機組提供驅動熱源，同時為熱網加熱器提供熱源。本項目2×300MW 機組打孔抽汽（0.8MPa，337℃），一部分供熱網加熱器，另一部分經減溫減壓后為溴化鋰吸收式熱泵機組提供驅動蒸汽，減溫減壓后參數：0.6MPa、168℃。凝結水采用閉式回收系統，回收熱泵和熱網加熱器的凝結水，凝結水通過凝水泵打回電廠除氧器

2.2 電廠循環(huán)水（余熱水）系統。電廠循環(huán)冷卻水（余熱水）經加壓泵打入熱泵機組，經熱泵吸熱后再返回冷卻塔的系統。余熱水取水時采用兩路并聯，為了便于管理和計量，在使用時只從一臺機組取出，經熱泵機組吸熱后，回到對應的冷卻塔。溴化鋰熱泵機組從余熱水中提取熱量，使余熱水由 35℃降至 27℃。

2.3 熱網循環(huán)水系統。熱網循環(huán)水系統是將熱力網回水加溫加壓到滿足熱力網供水參數的系統。城市熱網的回水經過除污器從溴化鋰熱泵機組吸熱，將城市熱網回水由50℃提高至85℃。再通過熱網循環(huán)泵加壓后進入熱網加熱器，將水溫從85℃升高到110℃，向外供熱。由于熱網循環(huán)泵的揚程大于熱泵機組的最大承壓能力（1.0MPa）， 所以熱網循環(huán)泵設置在熱泵機組的后端。

2.4 補水系統。補水系統為熱網提供補充水。根據熱網循環(huán)水量設置一條補水管線，正常補水時，由化水車間來水進入軟水器軟化后經除氧器除氧，除氧水經補水泵打入熱網回水管。軟化水一支為補水箱供水,在事故狀態(tài)，除氧水不能滿足補水量要求時，將補水箱的水直接打到熱網回水管。補水系統兼做定壓系統。

3 熱泵系統節(jié)能性分析。

根據《項目可行性研究報告》中近期最大熱負荷300.52MW（折合蒸汽429.31t/h），年供熱量211.25×104GJ和熱泵廠家提供的數據，熱泵機組進出水溫度為50℃和85℃，能效比1.65，熱網加熱器進出水溫度為85℃和110℃。按最大熱負荷計算，熱泵系統相關參數計算如下：

熱水管網流量：

圖1 系統圖

300.52 ×3600÷4.18÷（110-50）=4313.7t/h； 熱 泵 機 組 供 熱負 荷：4.18×4313.7×（85-50）÷3600=175.3MW；熱網加熱器供熱負 荷：4.18×4313.7×（110-85） ÷3600=125.22MW；熱泵機組驅動蒸汽供熱負荷：175.3÷1.65=106.24MW（折合蒸汽151.77t/h）； 從余熱水回收供熱負荷：175.3-106.24=69.06MW（折合蒸汽98.66t/h）；占總熱負荷300.52M（折合蒸汽429.31t/h）的22.98%年回收余熱：211.25×104GJ×22.98%=48.54×104GJ（折合標16561t）可見吸收式熱泵機組全年運行回收的余熱折合標煤16561t，不僅經濟效益明顯，而且滿足用戶供熱需求的同時，減少對環(huán)境的污染。

4 節(jié)水量計算

根據電廠提供的資料，1臺300MW機組滿負荷時，冷卻循環(huán)水量為36883t/ h，冷卻塔設計補水量為658.8t/h。本項目平均熱負荷余熱水量為5185t/h，占循環(huán)水量的14.06%，這部分水不需要回冷卻塔去散熱，而直接回水池，減少了回冷卻塔的蒸發(fā)和風吹損失，按減少損失80%計算，節(jié)水量約為658.8×14.06%×80%=74.1t/h，整個采暖期節(jié)水量約為21.34 萬噸。

結語

對熱電廠來說可以優(yōu)化設備、降低供熱成本，緩解現有供熱機組供熱能力不足的問題，滿足更多的供熱需求，可以為提供城市集中供熱提供更多的熱源，從而進一步擴大供熱市場；對社會來說可以增加人們的幸福和對政府的信任感；對環(huán)境來說可以節(jié)約燃煤、節(jié)約大量水，減少溫室氣體CO2和NOX等有害氣體以及粉塵的排放；不僅使火電廠“十二五”期間的節(jié)能減排目標得到進一步的保證，更會對企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產生積極影響和促進作用。

[1]熱電聯產規(guī)劃設計手冊[Z]．

[2]中小型熱電聯產工程設計手冊[Z]．

TM62

A