北方某生物質(zhì)電廠冷卻塔余熱回收利用方案

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱 150080)

0 引 言

北方某生物質(zhì)熱電廠建設(shè)規(guī)模為3×75 t/h次高壓循環(huán)流化床生物質(zhì)鍋爐+3×12 MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組。是以秸稈、稻殼、蘆葦及木屑等為主要燃料的新型可再生無污染能源項(xiàng)目。

本項(xiàng)目擬建設(shè)3臺27.8 MW吸收式熱泵機(jī)組，總制熱量83.4 MW，回收冷卻塔余熱35.74 MW，每采暖季可回收余熱36.86萬GJ。

1 蒸汽型吸收式熱泵應(yīng)用原理

蒸吸收式熱泵全稱為第一類溴化鋰吸收式熱泵，是以蒸汽為驅(qū)動熱源，溴化鋰濃溶液為吸收劑，水為蒸發(fā)劑，利用水在低壓真空狀態(tài)下低沸點(diǎn)沸騰的特性，提取低位余熱源的熱量，通過吸收劑回收熱量并轉(zhuǎn)換制取工藝性或采暖用的熱水，是國家重點(diǎn)推廣的高新技術(shù)之一。

吸收式熱泵應(yīng)用原理是在電廠首站內(nèi)設(shè)置蒸汽型吸收式熱泵。如圖1所示，以汽輪機(jī)抽汽為驅(qū)動能源Q1，驅(qū)動機(jī)內(nèi)溴化鋰溶劑循環(huán)做功，產(chǎn)生制冷效應(yīng)，回收乏汽中的余熱Q2。消耗的驅(qū)動蒸汽熱量Q1與回收的乏汽余熱量Q2一同加入到熱網(wǎng)水中，即：熱網(wǎng)得到的熱量為Q1+Q2。

2 吸收式熱泵的基本構(gòu)成

吸收式熱泵的工藝流程示意圖如圖2所示，熱泵由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器、吸收器和熱交換器等主要部件及抽氣裝置、屏蔽泵(溶液泵和冷劑泵)等輔助部件組成。

圖1 吸收式熱泵回收余熱示意圖

圖2 蒸汽型溴化鋰吸收式熱泵運(yùn)行原理流程圖

(1)工質(zhì)對：一般是循環(huán)工質(zhì)和吸收劑組成的二元非共沸混合物，其中循環(huán)工質(zhì)的沸點(diǎn)低，吸收劑的沸點(diǎn)高，且兩組元的沸點(diǎn)應(yīng)具有較大的差值。循環(huán)工質(zhì)在吸收劑中應(yīng)具有較大的溶解度，工質(zhì)對溶液還應(yīng)對循環(huán)工質(zhì)有較強(qiáng)的吸收能力。

(2)發(fā)生器：發(fā)生器中為水—溴化鋰工質(zhì)對的濃溶液(水為溶劑)，利用熱水、蒸汽或者燃料火焰加熱工質(zhì)對溶液，使其中的低沸點(diǎn)循環(huán)工質(zhì)變?yōu)楣べ|(zhì)蒸汽排出，同時將稀溶液濃縮，故稱為發(fā)生器。

(3)吸收器：吸收器中為水—溴化鋰工質(zhì)對的稀溶液，利用工質(zhì)對溶液對循環(huán)工質(zhì)較強(qiáng)的吸收能力，抽吸蒸發(fā)器中產(chǎn)生的循環(huán)工質(zhì)蒸汽，吸收器一般是管式結(jié)構(gòu)的噴淋式熱交換器，將濃溶液噴淋在管子表面上，吸收工質(zhì)蒸汽。

(4)冷凝器：由發(fā)生器來的循環(huán)工質(zhì)蒸汽在冷凝器中冷凝為液體，并放出熱量。冷凝器一般為殼管式結(jié)構(gòu)，傳熱管內(nèi)為待加熱的介質(zhì)，工質(zhì)蒸汽在管外冷凝為工質(zhì)水，工質(zhì)水在管簇下部的水盤收集，經(jīng)節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器。

(5)蒸發(fā)器：由節(jié)流部件來的低壓、低溫循環(huán)工質(zhì)飽和汽和飽和液的混合物吸收低溫?zé)嵩吹臒崃浚蛊渲械难h(huán)工質(zhì)飽和液蒸發(fā)為飽和汽。由于溴化鋰吸收式熱泵蒸發(fā)壓力相對低，故要求工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)流動時阻力盡量小，因此，蒸發(fā)器一般采用管殼式的噴淋式熱交換器，即傳熱管內(nèi)為低溫?zé)嵩唇橘|(zhì)，加熱管外為工質(zhì)蒸發(fā)。

3 熱泵邊界條件

電廠管網(wǎng)負(fù)責(zé)供熱的區(qū)域?yàn)?66萬平米，按照供暖指標(biāo)為50 W/m2，供熱尖峰負(fù)荷為83 MW。所以擬采用3臺27.8 MW熱泵，熱網(wǎng)水1 992 t/h進(jìn)入熱泵46 ℃，經(jīng)過熱泵加熱至82 ℃輸送至熱用戶供熱。熱泵機(jī)組的驅(qū)動蒸汽來自熱網(wǎng)首站的采暖抽汽母管，壓力0.49 MPa，溫度257 ℃，余熱水流量 6147 t/h，進(jìn)熱泵26 ℃，出熱泵21 ℃，回收余熱35.74 MW。

3.1 蒸汽邊界參數(shù)確定

根據(jù)汽輪機(jī)參數(shù)及運(yùn)行實(shí)際數(shù)據(jù)，確實(shí)熱泵驅(qū)動蒸汽采用汽機(jī)抽汽，壓力為0.49 MPa。

3.2 余熱循環(huán)水邊界參數(shù)確定

該生物質(zhì)電廠循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)置4臺S700-M17J/620-F型循環(huán)水泵，單臺流量為4 000 t/h，揚(yáng)程24 m，三用一備。通過調(diào)研，得知冬季循環(huán)水進(jìn)塔溫度在25～27 ℃，出塔溫度為22～20 ℃，所以確定進(jìn)入熱泵的余熱循環(huán)水溫度為26 ℃，出熱泵的余熱循環(huán)水溫度為21 ℃，這樣選擇基本維持系統(tǒng)原有的運(yùn)行參數(shù)，不對機(jī)組真空產(chǎn)生影響，不增加機(jī)組的發(fā)電煤耗。

由于機(jī)組的發(fā)電收益高于供熱收益，因此盡量回收余熱是基本的設(shè)計(jì)方向，所以確定進(jìn)入熱泵的余熱循環(huán)水量為6 147 t/h。

3.3 熱網(wǎng)水邊界參數(shù)確定

該生物質(zhì)電廠熱網(wǎng)循環(huán)水系統(tǒng)設(shè)置3臺DFSS350-9/4型雙吸循環(huán)水泵，單臺流量為1 100 t/h，揚(yáng)程80 m，二用一備；熱網(wǎng)系統(tǒng)配置3臺熱網(wǎng)加熱器，主供水管徑為DN700。根據(jù)以上設(shè)備參數(shù)，確定進(jìn)入熱泵系統(tǒng)的熱網(wǎng)水流量為1 992 t/h，水流速為1.47 m/s，符合規(guī)范要求。

4 余熱利用系統(tǒng)連接方案

蒸汽管道連接如圖3所示。

圖3 熱泵系統(tǒng)連接示意圖

4.1 熱泵蒸汽和疏水管道連接方案

確定在熱網(wǎng)首站外采暖抽汽母管接出一條DN600管道，經(jīng)過減溫器減溫后，將蒸汽引入到熱泵房作為熱泵驅(qū)動蒸汽。此部分蒸汽凝結(jié)成的90 ℃疏水，由新增設(shè)的疏水泵送入熱網(wǎng)首站內(nèi)凝結(jié)水箱。

4.2 熱泵熱網(wǎng)水管道連接方案

在熱網(wǎng)循環(huán)泵入口母管引接一條DN700管道將熱網(wǎng)回水引入到熱泵內(nèi)，熱網(wǎng)水在熱泵內(nèi)吸收熱量后，再返回到熱網(wǎng)循環(huán)泵入口母管。

4.3 熱泵循環(huán)水管道連接方案

初步確定在循環(huán)水回水管路加裝碟閥F1，在碟閥F1前引接DN1200管路，將26 ℃的循環(huán)水引接入熱泵，降溫至21 ℃，再經(jīng)過新增的DN1200管路引接至冷卻水塔塔池，通過原有循環(huán)泵再次循環(huán)，對凝汽器進(jìn)行冷卻。

5 效益分析

增加發(fā)電收益：每個采暖季可回收余熱為36.86萬GJ，該生物質(zhì)熱電廠出口熱價為35元/GJ，則每采暖季余熱收益：36.86萬GJ×3元/GJ =1290.1萬元。

增加節(jié)水收益：增加余熱系統(tǒng)后，每采暖季上塔的水量減少，每采暖季可減少蒸發(fā)、風(fēng)吹等水損失10.7萬噸，每采暖季的節(jié)水收益為：10.7萬噸×1元/噸 =10.7萬元。

改造系統(tǒng)電耗：131.7 kW×24 h×183 d×0.75元/kWh×0.658=28.54萬元。

則該生物質(zhì)熱電廠每個采暖季比改造前相當(dāng)于多收益1272.26萬元。

6 結(jié)束語

通過對現(xiàn)有生物質(zhì)電廠冷卻水系統(tǒng)的余熱回收利用，減少了能源浪費(fèi)，降低了企業(yè)運(yùn)行成本，增加了企業(yè)效益，可謂一舉多得。