電廠循環冷卻水廢熱利用

翟曉敏 邵愛華 顧海軍 侯薇

(中機國能電力工程有限公司,上海 200061)

電廠循環冷卻水廢熱利用

翟曉敏 邵愛華 顧海軍 侯薇

(中機國能電力工程有限公司,上海 200061)

介紹了在撫順熱電廠方案設計階段,為了滿足該工程在冬季采暖期大面積的熱負荷需求,擬采用循環冷卻水作為低位熱源、利用熱泵技術升溫后供熱的一種城市集中供熱的新形式。通過系統的擬定、詳細的計算、理論數據的分析,對采用該技術的經濟性以及將會給電廠帶來的節能效益和環保效益與傳統方式的供熱進行比較,從而得出利用循環冷卻水廢熱供熱的技術在本工程上的應用優勢。

循環水廢熱利用 采暖供熱 節能 環保

自改革開放以來，中國經濟迅猛發展，但與此同時我們也不得不面對這樣一個現實，當下中國經濟成果的取得一定程度上是以犧牲不可再生資源及環境的污染為代價換來的，由此產生了經濟發展的可持續性問題。“節能減排”政策方針正是基于我國目前所面臨的經濟可持續性發展因素、環境因素、國際政治因素而制定，是一項利國利民的政策。

目前我國大部分熱電廠普遍采用大容量的抽凝式汽輪發電機組，即使在冬季最大供熱工況下，也會有占電廠總能耗近五分之一的熱量由循環水(一般通過冷卻塔)排放到環境。如果利用熱泵節能技術將這些余熱加以利用，回收汽輪機的排汽冷凝熱，用以給城市采暖水加熱，提供生活區的供暖。從而實現廢熱利用，達到節能減排的目標。

表1 老虎臺礦原煤和東露天礦油頁巖的混合燃料的煤質資料

1 工程概況

撫順熱電廠是在撫順市建設的熱電聯產項目。本工程總裝機容量擬為2×1025t/h循環流化床鍋爐+2×300MW抽凝發電機組。

本工程為撫順市西部地區集中采暖提供熱源。

根據撫順市建筑圍護結構的特點及撫順市氣象條件，參照《城市熱力管網設計規范》推薦的各類建筑物采暖熱指標及《撫順市城市總體規劃修編(2010～2020)》確定采暖熱指標：

現有建筑采暖熱指標：56W/m2；新增建筑采暖熱指標：45W/m2。

本期工程采暖面積為：1800×104m2。現有建筑面積1150× 104m2。采暖熱指標：56W/m2，采暖熱負荷為：644MW；新增建筑面積650×104m2。采暖熱指標：45W/m2。采暖熱負荷為：292.5MW，采暖總負荷為：936.5MW。

本工程設計煤種為老虎臺礦原煤和東露天礦油頁巖的混合燃料，其中原煤比例為78%，油頁巖比例為22%。校核煤種為老虎臺原煤和油頁巖的混合燃料，其中原煤比例為71%，油頁巖比例為29%。

1.1 供熱系統

本工程供回水溫度為110/60℃，熱電廠采用三環制供熱方式，在電廠首站內#1、#2機組用0.981MPa，345.6℃蒸汽沿程損失至0.8829MPa、340℃，通過熱泵機組和汽水換熱器串聯運行方式將60℃外熱網回水加熱到110℃后外供市區采暖。外熱網高溫水通過各換熱站將用戶50℃采暖回水加熱到70℃，再送到采暖用戶。三環網供熱示意見圖1。

圖1

本工程為有效回收利用冷凝熱余熱，擬采用某熱泵廠家的10臺溴化鋰吸收式熱泵，提取循環水中的冷凝熱，減少冷卻塔耗水量，節能降耗。電廠循環水與目前常用的熱泵熱源相比，具有熱量巨大、溫度適中而穩定、水質好、安全環保等優點，是一種優質的熱泵低位熱源。以電廠循環水作為熱泵低位熱源進行供熱，可以方便靈活的實現供熱量與用戶需求之間的“質”與“量”的匹配，也不會對發電廠原熱力系統產生較大影響。因此對于大型機組來說，采用熱泵技術是回收利用電廠循環水余熱進行供熱的一種較為理想的方式。而溴化鋰的應用類似于熱聲效應的應用，其制熱設備特點也類似于熱聲發動機，如無運動部件、運行時基本無噪聲和震動、環保、易于維護、運轉可靠安全等，都開創了節能降耗的新途徑。

1.2 供熱系統計算

本工程采用的吸收式熱泵依靠部分的汽輪機抽汽驅動，回收28.5℃～38.5℃的余熱，升溫成60℃以上的高品質熱源。其能效比率(COP)根據熱泵廠提供的資料，暫按1.67，即用驅動抽汽為1的熱功率可以吸收0.67的廢熱功率，從而產生1.67的供熱效率。

本工程裝機容量為兩臺300MW亞臨界抽凝機組，按照本工程的設計熱負荷情況，每臺汽輪機的最大抽汽量為550t/h，除去各種自用汽約20～30t/h，實際供熱用抽汽量約為520～530t/h。采暖期的冷卻塔循環冷卻水流量最大為19500t/h，溫度為28.5℃～38.5℃(熱泵廠家根據熱網回水溫度60℃確定)；溴化鋰吸收式熱泵可將熱網首站供熱回水從60℃加熱到82℃(熱泵廠家提供經驗數值)，再由汽水換熱器加熱至要求的熱網出水溫度110℃。

根據現有汽水條件，先列出焓值表，見表3-1。

本工程采暖期的最大循環冷卻水量為19500t/h，溫度為28.5℃～38.5℃，根據焓值表，計算得熱功率最大為：(161.41-119.62)×19500 ÷3600=226.36MW。

本工程采暖總負荷為936.5MW，折合成參數110℃放熱至60℃的熱網水水量，計算如下：Q=936.5×3600÷(461.44-251.15) =16032.4t/h。(注：1kWh=3600kJ)故單臺機組的熱網水量為8016.2t/h。

本工程的熱網系統流程是將熱網首站供熱回水用溴化鋰吸收式熱泵從60℃加熱到82℃，然后再用汽水換熱器繼續從82℃加熱到熱網出水溫度110℃。由理論得出，在加熱溫度范圍一定及循環冷卻水水量足夠的前提下，熱網系統供熱水流量越大，所能吸收的廢熱越多，從實際來說，設計熱負荷已確定，則熱網水流量也就確定，必須滿足此供熱需求，所以按吸收式熱泵在熱網最大供熱流量8016.2t/h時進行測算是較為合理的。

表4-1 污染物排放表

圖3-2 供熱系統流程圖

如圖3-2所示，以下為單臺機組熱量轉換的計算。設汽輪機抽汽量pt/h，吸收式熱泵所需驅動蒸汽流量為xt/h，熱泵冷凝水為103.6℃，熱泵的COP為1.67；汽水換熱器熱源蒸汽流量為yt/h，換熱器冷凝水為125℃；循環冷卻水流量為zt/h，吸收冷凝廢熱為rMW，相當于增加供熱面積s萬m2，(采暖熱指標取平均值50W/ m2)抽汽轉化為熱效率為99%，0.981MPa，345.6℃的抽汽，考慮到抽汽的沿程損失，進供熱系統的蒸汽參數為0.8829MPa，340℃。

由此可見，如需達到工程要求的熱負荷936.5MW(兩臺機組)，即單臺機組制熱量為468.25MW，則單臺汽輪機的抽汽量為531t/h，小于汽輪機最大抽汽量550t/h，滿足汽輪機運行工況，可以實現。熱泵所需驅動蒸汽量為165.24t/h，制熱量為205.28MW；汽水換熱器熱源蒸汽量為365.77t/h，制熱量262.97MW，循環冷卻水量為7094.54t/h，可用廢熱82.36MW，本期工程共兩臺機組，可用總廢熱為164.72MW，本工程循環冷卻水總的廢熱為226.36MW，廢熱利用率達72.77%，相當于增加供熱面積329.4萬m2。

2 循環水供熱節能環保分析

以本工程現有循環水余熱量理論值為計算依據，采暖期供熱小時數為3624h，鍋爐效率為90%，年回收循環水余熱約214.9萬GJ，年可減少的循環冷卻水蒸發損失約5142萬噸，消耗蒸汽量為119.76萬噸，按本工程的循環水余熱利用量，相對于燃煤鍋爐，每年可以節約燃煤16.36萬噸，折合標煤8.14萬噸。

我們通過對比各種污染物的排放量來評價不同供熱采暖方式的環保效益。主要的污染物有煙塵、SOx、NOx。循環水廢熱供熱方案中消耗的蒸汽屬于電廠原供熱能力的一部分，因此也不會額外增加當地的污染物排放。根據年供熱耗能量，可計算得到因采暖而造成的污染物排放總量見表4-1。

由表中數據可以看出，相對于燃煤鍋爐房，本工程每年將減少SOx排放78.56噸，減少NOx排放84.78噸，減少煙塵排放12.86噸。另外因熱泵對循環水的冷卻作用可減小冷卻塔負荷，每年可減少電廠循環冷卻水蒸發損失5142萬噸，弱化了循環水熱濕排放對電廠周邊環境的影響，因此該技術推廣后的環境效益非常顯著。

3 結語

本工程所采用的利用循環冷卻水廢熱供熱的技術，技術先進，節能環保效益突出，對于本工程的設計條件更有著應用上的優勢，且完全符合當前國家關于節能減排的方針政策，同時滿足國內當前對“清潔高效”能源的迫切需求，能有效的緩解突出的供熱能源供需矛盾，既節約了能源又能滿足撫順市西部地區的熱負荷要求。

[1]吳星,付林,胡鵬.以電廠循環水為低位熱源的城市供熱技術研究與應用.

[2]石華林,楊春維.溴化鋰熱泵運行方式經濟性分析.煤礦機電,2010. 4.