某燃?xì)獍l(fā)電廠余熱深度回收項(xiàng)目節(jié)能量分析

劉強(qiáng)

摘 要：本文通過對(duì)1套“9E”級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組進(jìn)行循環(huán)水余熱利用，采用吸收式熱泵技術(shù)回收循環(huán)冷卻水余熱24MW。在保證系統(tǒng)發(fā)電量不變的情況下，提高系統(tǒng)的整體供熱能力。通過計(jì)算，進(jìn)行余熱利用后每回收1GJ循環(huán)水余熱，可節(jié)約天然氣12.87Nm3，具有較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：余熱利用；循環(huán)冷卻水；節(jié)能

中圖分類號(hào)：TK229.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）04-0009-01

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)能源的需求持續(xù)上漲。能源是社會(huì)發(fā)展歷程中不可缺少的資源，也是人類生存的基礎(chǔ)。能源按生產(chǎn)方式可以分為：一次能源和二次能源。一次能源即是天然能源，是無需加工即可直接利用的現(xiàn)成能源，如天然氣、煤炭、石油、水能等。其又可分為可再生能源和非可再生能源，常見的可再生能源如風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮艿?，非可再生能源如天然氣、煤炭、石油等。二次能源則指能源經(jīng)過直接或間接的加工轉(zhuǎn)換成其他形式的可利用的能量形式，包括汽油、柴油、電力等。根據(jù)使用的類型，能源又可分為新能源和常規(guī)能源。常規(guī)能源是指使用較普遍且利用方便的能源，包括石油、煤炭、天然氣等，新能源則指新近開發(fā)的能源，如氫能、太陽能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能等。相比于常規(guī)能源，新能源多是可再生能源，且存儲(chǔ)量較大，但是利用技術(shù)還處于初級(jí)階段，使用的經(jīng)濟(jì)性能較差。目前世界上主要利用的能源形式還是依賴于一次能源即天然氣、煤炭和石油，而新能源雖然處于初步發(fā)展階段，但在未來能源的結(jié)構(gòu)中占有相當(dāng)重的比例[1]。在我國石油、天然氣和煤炭等傳統(tǒng)能源的開發(fā)和利用，鑄造了我國經(jīng)濟(jì)的騰飛，但對(duì)環(huán)境的影響也很明顯。因此改善能源結(jié)構(gòu)，降低碳排放已成為全社會(huì)亟待解決的問題。從中可以看出煤炭、石油、天然氣的消耗量逐年在增加，其中石油和天然氣的增加幅度較小，而煤炭每年消耗的增幅較大，這其中排放的二氧化碳、二氧化硫、煙塵等污染物急劇增加。因此，中國的能源結(jié)構(gòu)急需改變，從依賴傳統(tǒng)的一次性消費(fèi)能源到多元化發(fā)展是未來的趨勢(shì)，這其中的太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能及地?zé)崮艿葘⒃谖磥砟茉唇Y(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位?；茉吹募眲∠暮湍茉葱蝿?shì)帶來了嚴(yán)峻的環(huán)境問題，一方面要求開發(fā)新能源，另一方面需要展開節(jié)能減排工作。我國不僅有豐富的地?zé)帷⑸镔|(zhì)等新能源，同時(shí)在不同行業(yè)間也存在大量的余熱資源。這些優(yōu)勢(shì)就為逐漸改變我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和進(jìn)行低品位能源利用奠定了基礎(chǔ)。

由于我國人口眾多，再加上能源消耗逐漸增加，因此能源匱乏的問題在我國日漸顯露。如何節(jié)能減排，使能源利用效率最大化具有重要意義。

1 項(xiàng)目情況簡(jiǎn)介

項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為1套“9E”級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，建成后機(jī)組冬季工況最大供熱能力為209MW，扣除廠內(nèi)采暖負(fù)荷，對(duì)外凈額定供熱能力約200MW。聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組采用“1+1+1”雙軸配置型式，即安裝1臺(tái)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組、1臺(tái)余熱鍋爐、1臺(tái)蒸汽輪發(fā)電機(jī)組。其中蒸汽輪機(jī)可背壓運(yùn)行也可抽凝或純凝運(yùn)行；余熱鍋爐采用雙壓、自然循環(huán)、無補(bǔ)燃、臥式、全封閉，同步建設(shè)SCR脫硝裝置。

該余熱回收項(xiàng)目計(jì)劃在燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組后增加循環(huán)冷卻水余熱深度回收機(jī)組，增加電廠供熱量24MW。

2 余熱回收方案

在燃?xì)獍l(fā)電廠中，凝汽器循環(huán)冷卻水由于溫度水平較低，無法得到有效使用，帶走了大量的低品位熱量，是電廠最大的冷源損失，能回收此部分熱量對(duì)電廠意義重大。吸收式熱泵是一種制熱裝置，該裝置以消耗少量高品位能源（汽輪機(jī)抽汽）為代價(jià)，將無用的低溫?zé)崮茏優(yōu)橛杏玫母邷責(zé)崮?。如果電廠采用吸收式熱泵，以蒸汽作為驅(qū)動(dòng)熱源，回收電廠汽輪機(jī)排汽冷凝熱可以增加電廠的對(duì)外供熱能力，降低電廠能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，將對(duì)廢熱回收以及提高能源利用率具有重要的意義，解決了電廠越來越突出的節(jié)能降耗和供熱需求的矛盾，促進(jìn)了企業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

電廠循環(huán)水通過吸取輔機(jī)設(shè)備的熱量及凝汽器降溫后的熱量，向吸收式換熱機(jī)組和余熱回收專用機(jī)組提供熱量，降溫后的循環(huán)水再經(jīng)管道送至汽輪機(jī)循環(huán)供水系統(tǒng)，直接進(jìn)入循環(huán)水泵前池，此后進(jìn)入下一次循環(huán)。廠區(qū)水工循環(huán)水回水管路分為兩路，一路至循環(huán)水冷卻塔降溫，另一路至煙氣余熱利用系統(tǒng)中配置的熱泵機(jī)組，兩路循環(huán)水減溫后匯合，由水工循環(huán)水供水母管接到主廠房汽機(jī)凝汽器。

由于本項(xiàng)目末端換熱站全部采用大溫差換熱設(shè)備，即在熱網(wǎng)實(shí)際回水溫度25℃條件下設(shè)計(jì)，為循環(huán)水余熱回收提供了有利條件。冬季抽凝工況下循環(huán)水分為兩路，一路（水量5200t/h）繼續(xù)沿原路進(jìn)入冷卻塔降溫、另一路（水量4100t/h）進(jìn)入吸收式熱泵機(jī)組，兩路循環(huán)水經(jīng)降溫后匯合進(jìn)入汽輪機(jī)的凝汽器。進(jìn)入熱泵的循環(huán)水在凝汽器和吸收式熱泵之間閉式循環(huán)，通過控制實(shí)現(xiàn)進(jìn)入凝汽器的循環(huán)水溫（30℃），電廠采用一段采暖抽氣（0.5MPa）部分作為循環(huán)冷卻水熱泵驅(qū)動(dòng)熱源。

3 供熱能耗分析

通過對(duì)改造前電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)算蒸汽輪機(jī)熱耗與燃?xì)廨啓C(jī)熱耗等基本參數(shù)；進(jìn)而在整體發(fā)電量不變的前提下，計(jì)算電廠加入吸收式熱泵供熱改造前后，供熱的天然氣消耗量。通過對(duì)改造前后天然氣消耗量的對(duì)比，可得出改造后的節(jié)能量。同時(shí)，由于回收了電廠循環(huán)冷卻水中的余熱，有效的降低了電廠內(nèi)機(jī)力通風(fēng)冷卻塔的冬季冒白煙情況，有效的緩解了電廠對(duì)周圍環(huán)境的影響。

3.1 改造前電廠熱耗參數(shù)

根據(jù)電廠在供熱工況下的熱平衡關(guān)系，汽輪機(jī)機(jī)組的熱耗量計(jì)算如下：

Q0=高壓缸進(jìn)氣量×（h新蒸汽-h給水）+高壓缸補(bǔ)汽量×（h補(bǔ)汽1-h給水）

=40.481×（3370.7-252.9）+10.996×（2877.0-252.9）

=155066kW。

余熱鍋爐效率ηb為83.56%，管道效率ηp為汽輪機(jī)的熱耗量與鍋爐設(shè)備熱負(fù)荷之比，約為99%。天然氣熱值32720kJ/Nm3/，天然氣密度0.7192kg/Nm3。

根據(jù)電廠運(yùn)行數(shù)據(jù)，34.8%用于直接發(fā)電，其余65.2%進(jìn)入余熱鍋爐。根據(jù)上述數(shù)據(jù)，可以反推燃機(jī)的熱耗為：Qgt=Q0÷ηb÷ηp÷65.2%=287389kW。

根據(jù)供熱工況下的熱平衡圖，汽輪機(jī)機(jī)組總功率E0約為42380kW，抽汽的熱化發(fā)熱量為Wh=9068.5kW。

根據(jù)上述參數(shù)，可以計(jì)算出全廠供熱熱耗約為qtp（e）= 194.35kW/GJ

所以，全廠供熱消耗的天然氣率為194.35÷32720×3600=21.38Nm3/GJ。

其中，天燃?xì)鉄嶂禐?2720kJ/Nm3。

3.2 改造后電廠熱耗參數(shù)

由于改造前后電廠發(fā)電量不變，因此，改造后必然減少了天然氣的消耗量。為了確定改造后汽輪機(jī)機(jī)組少進(jìn)入的新蒸汽、電廠單位時(shí)間少消耗的天然氣等參數(shù)。以改造前后電廠發(fā)電量不變建立等式關(guān)系，求解以上參數(shù)，進(jìn)而對(duì)節(jié)能改造后電廠節(jié)能經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。經(jīng)過計(jì)算，汽輪機(jī)機(jī)組少進(jìn)入的新蒸汽為ΔD=1.75kg/s。

根據(jù)3.1節(jié)的計(jì)算方法可得出進(jìn)行余熱改造后，全廠供熱熱耗率qtp（e）=114kW。

所以，進(jìn)行改造后的全廠供熱消耗的天然氣率為114÷32720×3600=12.53Nm3/GJ。

3.3 供熱改造后節(jié)能量分析

本文采用汽輪機(jī)機(jī)組節(jié)約蒸汽折節(jié)約天然氣法，對(duì)供熱改造后節(jié)能量效果進(jìn)行計(jì)算分析。

改造后燃機(jī)的熱耗為：Qgt=277279kW。

改造前的燃機(jī)的熱耗Qgt=287389kW，

可得到額定工況下：

燃機(jī)少消耗熱量為ΔQgt=10110kW；

每小時(shí)節(jié)約天然氣10110×3600÷32720=1112.4Nm3。

因此，額定工況下，每回收1GJ循環(huán)水余熱，可節(jié)約天然氣12.87Nm3。

4 結(jié)語

本文通過對(duì)電廠加入吸收式熱泵節(jié)能改造前后額定工況的基本參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得出改造后回收循環(huán)水余熱24MW。在加入熱泵的供熱改造后節(jié)能量分析部分，我們假定改造前后發(fā)電量不變，因此加入熱泵后可減少汽輪機(jī)機(jī)組消耗的新蒸汽。主要結(jié)論如下：

（1）由于額定工況下回收循環(huán)水余熱24MW，所以改造后每回收1GJ循環(huán)水余熱，可節(jié)約天然氣12.87Nm3。

（2）本工程采用余熱深度回收節(jié)能技術(shù)，在提供清潔熱能的同時(shí)，減少燃煤、燃?xì)鈳淼奈廴荆蟠蠼档土朔蹓m、NOx等大氣污染物，減少了溫室氣體CO2的排放，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]周志強(qiáng)，趙少磊，莊毓凱.中國未來能源的發(fā)展趨勢(shì)淺析[J].黑龍江科技信息，2010，（22）： 18-18.