水源熱泵在電廠余熱利用中的應(yīng)用

1、水源熱泵在電廠余熱利用中的應(yīng)用火(熱)電廠概述(一級)火(熱)電廠冷凝熱的特點(二級)經(jīng)汽機作功后的蒸汽(排汽)冷凝(放熱)成凝結(jié)水再經(jīng)回?zé)岷筮M入鍋爐，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽在汽機中作功，在這個熱媒的循環(huán)過程中，需要放出大量的冷凝熱。冷凝熱的主要特點如下：品位低。排汽壓力：水冷，4-8kPa;空冷，15kPa。冷凝溫度:水冷，29-41.5;空冷，54。量大、集中。平均發(fā)電耗熱約占總輸入的32%左右。純凝汽工況排入大氣的可回收冷凝熱占50%以上，為發(fā)電耗熱的1.5倍以上;供熱工況可回收冷凝熱約為發(fā)電耗熱的0.7-1.3倍。火力發(fā)電廠各項損失參考值如表1所示，其中汽輪機排氣熱損失(冷端損失)巨大。表1

2、現(xiàn)代火力發(fā)電廠各項損失參考值(%)*熱工手冊 任澤霈等 主編 機械工業(yè)出版社 2002年11月第一版火(熱)電廠冷凝熱現(xiàn)狀處理方法(二級)冷凝熱排空(丟棄)：熱電廠做功后的蒸汽需要冷凝成水回到鍋爐。目前普遍采用的方法是通過水冷或空冷冷凝蒸汽，冷凝熱排入大氣。冷凝熱回收：由于冷凝熱屬于低品位熱源，難以利用,除低真空的背壓機組外，極少回收?；?熱)電廠與熱負荷的基本情況(一級)我國集中供熱隨著城鎮(zhèn)化的建設(shè)發(fā)展迅速，2009年全國集中供熱面積已經(jīng)達到35.6億平方米。北方地區(qū)集中供熱熱源日顯不足，現(xiàn)有的熱電聯(lián)產(chǎn)供熱能力有限，在許多城市不得不新建大型區(qū)域鍋爐房(熱源廠)作為集中供熱熱源。熱源缺口較大。

3、正在集中供熱的熱電機組以及可資利用的火電機組的冷凝熱未被利用，冷凝熱仍然通過空冷島或涼水塔排空，火(熱)電機組，包括單機容量在300MW以上的大型火電機組仍然在低效率高能耗的狀態(tài)下運行。設(shè)計思想(一級)用熱泵技術(shù)回收電廠冷凝熱(二級)火力發(fā)電廠冷凝熱通過涼水塔或空冷島排入大氣，形成巨大的冷端損失，是火力發(fā)電廠能源使用效率低下的主要原因，不僅造成能量和水(或電)的浪費，同時也嚴重地(熱)污染了大氣?；鹆Πl(fā)電廠冷凝熱排空，是我國乃至世界普遍存在的問題，是浪費，也是無奈。然而，隨著熱泵技術(shù)的發(fā)展，特別是大型高溫水源熱泵的問世，使得發(fā)電機組冷凝熱回收將成為可能。對熱泵的技術(shù)要求(二級)電廠冷凝熱品位低

4、，必須用熱泵提取之;冷凝熱量大、集中，在電廠內(nèi)或電廠附近一般難以找到足夠的穩(wěn)定的熱用戶，必須遠距離集中供熱，用大型高溫水大溫差水源熱泵吸收冷凝熱。以充分利用冷凝熱和提高系統(tǒng)的經(jīng)濟性為目標合理配置熱泵機組。吸收式熱泵工作在高溫段，離心式熱泵工作在低溫段，吸收式和離心式熱泵平均制熱能效比COP分別在1.7和6以上 。熱源構(gòu)成及功能(二級)利用水源熱泵吸收汽機排汽中的冷凝熱，離心式熱泵將集中供熱50的回水加熱到60以上，吸收式熱泵將60的回水加熱到90以上，再用換熱器將水溫提高到熱網(wǎng)供水溫度，對城市集中供熱。熱泵對電廠冷卻水制冷，回收冷凝熱，冷卻水無需在冷卻塔冷卻，可減少能耗、水耗及其它運行費用。熱

5、泵對熱用戶制熱，冬季供暖，夏季供冷，四季提供生活熱水。方案設(shè)計(一級)方案一 冬季供暖集中供熱系統(tǒng)方案二 冬季供暖集中供熱系統(tǒng)2方案三 冬季供暖及洗浴集中供熱系統(tǒng)方案四 夏季供冷及洗浴集中供熱系統(tǒng)冷凝熱回收效益分析(一級)例如某電廠裝機容量2x35+1x60MW。冷凝熱回收135MW;日節(jié)水3500噸。節(jié)能節(jié)水分析(二級)供暖期:151天(三級)節(jié)能GJ，節(jié)標準煤(按鍋爐平均運行效率60%估算)10萬噸;節(jié)水52.85萬噸。供冷期:92天(三級)節(jié)能GJ，節(jié)標準煤(按鍋爐平均運行效率60%估算)6.1萬噸;節(jié)水32.2萬噸。合計：年節(jié)能GJ，節(jié)標準煤(按鍋爐平均運行效率60%估算)16.1萬噸

6、;節(jié)水85.05萬噸。環(huán)境效益分析(二級)供暖期(三級)每年少排灰渣6.6萬噸，煙塵238噸，二氧化硫3002噸，氮氧化物1422噸，二氧化碳25.4萬噸。供冷期(三級)每年少排灰渣4萬噸，煙塵145噸，二氧化硫1831噸，氮氧化物867噸，二氧化碳15.5萬噸。合計(三級) 每年少排灰渣10.6萬噸，煙塵383噸，二氧化硫4833噸，氮氧化物2289噸，二氧化碳40.9萬噸。 經(jīng)濟效益分析(二級) 供暖期(三級) 節(jié)能GJ，每GJ按27元計算，毛收入收4755萬;節(jié)水52.85萬噸，每噸按5元計算，收益264每年少排灰渣10.6萬噸，煙塵383噸，二氧化硫4833噸，氮氧化物2289噸，二氧

7、化碳40.9萬噸。經(jīng)濟效益分析(二級)供暖期(三級)節(jié)能GJ，每GJ按27元計算，毛收入收4755萬;節(jié)水52.85萬噸，每噸按5元計算，收益264萬元。供冷期(三級)節(jié)能GJ，每GJ按27元計算，毛收入2896萬元;節(jié)水32.2萬噸，每噸按5元計算，收益161萬元。合計 (三級)每年節(jié)能毛收入7651萬元;節(jié)水收益425萬元。能效分析 (二級)235MW供熱發(fā)電機組(三級)鍋爐效率89%，管道熱損失1%，汽機損失1%，發(fā)電機損失1%，發(fā)電35MW。純凝汽工況(三級)進汽138噸/時，排汽101.7噸/時，電廠效率31.2%，冷端損失54.8%。凝氣工況下工藝流程和能效分析如圖5、圖6所示。冷

8、凝熱回收效益分析(一級)例如某電廠裝機容量2x35+1x60MW。冷凝熱回收135MW;日節(jié)水3500噸。節(jié)能節(jié)水分析(二級)供暖期:151天(三級)節(jié)能GJ，節(jié)標準煤(按鍋爐平均運行效率60%估算)10萬噸;節(jié)水52.85萬噸。供冷期:92天(三級)節(jié)能GJ，節(jié)標準煤(按鍋爐平均運行效率60%估算)6.1萬噸;節(jié)水32.2萬噸。合計：年節(jié)能GJ，節(jié)標準煤(按鍋爐平均運行效率60%估算)16.1萬噸;節(jié)水85.05萬噸。環(huán)境效益分析(二級)供暖期(三級)每年少排灰渣6.6萬噸，煙塵238噸，二氧化硫3002噸，氮氧化物1422噸，二氧化碳25.4萬噸。供冷期(三級)每年少排灰渣4萬噸，煙塵14

9、5噸，二氧化硫1831噸，氮氧化物867噸，二氧化碳15.5萬噸。合計(三級)每年少排灰渣10.6萬噸，煙塵383噸，二氧化硫4833噸，氮氧化物2289噸，二氧化碳40.9萬噸。經(jīng)濟效益分析(二級)供暖期(三級)節(jié)能GJ，每GJ按27元計算，毛收入收4755萬;節(jié)水52.85萬噸，每噸按5元計算，收益264萬元。供冷期(三級)節(jié)能GJ，每GJ按27元計算，毛收入2896萬元;節(jié)水32.2萬噸，每噸按5元計算，收益161萬元。合計 (三級)每年節(jié)能毛收入7651萬元;節(jié)水收益425萬元。能效分析 (二級)235MW供熱發(fā)電機組(三級)鍋爐效率89%，管道熱損失1%，汽機損失1%，發(fā)電機損失1%

10、，發(fā)電35MW。純凝汽工況(三級)進汽138噸/時，排汽101.7噸/時，電廠效率31.2%，冷端損失54.8%。凝氣工況下工藝流程和能效分析如圖5、圖6所示。供熱工況1(三級)進汽164噸/時，抽汽40噸/時，排汽79.3噸/時，電廠效率49.0%，冷端損失37.0%，工藝流程如圖7所示。能效分析如圖8所示?；厥绽淠裏犭姀S能效分析如圖9所示。供熱工況2(三級)進汽190噸/時，抽汽80噸/時，排汽57噸/時，電廠效率62.4%，冷端損失23.6%，工藝流程和能效分析如圖10、圖11所示?；厥绽淠裏犭姀S效率可達85%，如圖9所示。凝氣工況下電廠供電標煤耗437g/kwh;供熱工況1電廠供電標煤

11、耗279g/kwh;熱回收供熱工況1電廠供電標煤耗160g/kwh;供熱工況2電廠供電標煤耗219g/kwh;熱回收供熱工況2電廠供電標煤耗160g/kwh。2009年全國平均供電標煤耗342g/kwh。純凝氣工況下小機組供電標煤耗遠高于全國平均供電標煤耗，是全國平均供電標煤耗的1.28倍; 供熱工況1下小機組供電標煤耗低于全國平均供電標煤耗，是全國平均供電標煤耗的82%;熱回收供熱工況下小機組供電標煤耗遠低于全國平均供電標煤耗，僅為全國平均供電標煤耗的47%。熱回收供熱工況下機組年平均供電標煤耗270g/kwh。(按機組年運行小時數(shù)6000，采暖季151天計算)60MW供熱發(fā)電機組(三級)鍋

12、爐效率89%，管道熱損失1%，汽機損失1%，發(fā)電機損失1%，發(fā)電60MW。純凝汽工況(三級)進汽245噸/時，排汽184噸/時，電廠效率僅為30.1%，冷端損失55.9%。供電標煤耗：未回收冷凝熱453g/kwh。工藝流程如圖14所示。凝氣工況下電廠供電標煤耗437g/kwh;供熱工況1電廠供電標煤耗279g/kwh;熱回收供熱工況1電廠供電標煤耗160g/kwh;供熱工況2電廠供電標煤耗219g/kwh;熱回收供熱工況2電廠供電標煤耗160g/kwh。2009年全國平均供電標煤耗342g/kwh。純凝氣工況下小機組供電標煤耗遠高于全國平均供電標煤耗，是全國平均供電標煤耗的1.28倍; 供熱工

13、況1下小機組供電標煤耗低于全國平均供電標煤耗，是全國平均供電標煤耗的82%;熱回收供熱工況下小機組供電標煤耗遠低于全國平均供電標煤耗，僅為全國平均供電標煤耗的47%。熱回收供熱工況下機組年平均供電標煤耗270g/kwh。(按機組年運行小時數(shù)6000，采暖季151天計算) 60MW供熱發(fā)電機組(三級) 鍋爐效率89%，管道熱損失1%，汽機損失1%，發(fā)電機損失1%，發(fā)電60MW。 純凝汽工況(三級) 進汽245噸/時，排汽184噸/時，電廠效率僅為30.1%，冷端損失55.9%。供電標煤耗：未回收冷凝熱453g/kwh60MW供熱發(fā)電機組(三級)鍋爐效率89%，管道熱損失1%，汽機損失1%，發(fā)電機

14、損失1%，發(fā)電60MW。純凝汽工況(三級)進汽245噸/時，排汽184噸/時，電廠效率僅為30.1%，冷端損失55.9%。供電標煤耗：未回收冷凝熱453g/kwh。工藝流程如圖14所示。供熱工況1(三級)進汽330噸/時，抽汽150噸/時，排汽103.9噸/時，電廠效率62.1%，冷端損失23.9%，供電標煤耗：220g/kwh。回收冷凝熱電廠效率可以達到85%，煤耗：回收冷凝熱供電標煤耗160g/kwh。工藝流程如圖15所示。供熱工況2(三級)進汽341.5噸/時，抽汽170噸/時，排汽93.3噸/時，電廠效率65.2%，冷端損失20.8%，供電標煤耗：210g/kwh?；厥绽淠裏犭姀S效率可

15、以達到85%，供電標煤耗：回收冷凝熱供電標煤耗160g/kwh。工藝流程如圖16所示。表2 小熱電機組與600MW大型火電機組指標參數(shù)比較小火電效率低煤耗高，而帶供熱的小熱電效率并不低，煤耗并不高，特別是能夠回收冷凝熱的小熱電效率之高，遠高于大(600MW及以上)火電;煤耗之低，遠低于大(600MW及以上)火電。呼吁對效率高煤耗低的小熱電要高抬貴手，不要把小熱電等同于小火電，高效節(jié)能的小熱電應(yīng)該受到保護，要壓的只能是高能耗的小火電。06年以來全國平均供電標煤耗比較如圖17所示。前兩年關(guān)停小火電供電標煤耗明顯下降，07年比06年降低10g/kwh，08年比07年降低12g/kwh，而2009年收

16、效甚微(2009年，全國關(guān)停小火電2617萬千瓦?！笆晃濉逼陂g，全國累計關(guān)停小火電6006萬千瓦，超過計劃目標1006萬千瓦，)，僅比08年降低3g/kwh，說明2009年被關(guān)掉的一部分是小熱電，通過關(guān)停小火電降低供電標煤耗是有限的，今后對火(熱)電廠節(jié)能主攻方向建議轉(zhuǎn)為冷凝熱回收，冷凝熱回收潛力巨大，前景廣闊，大有可為。冷凝熱回收的前景預(yù)測(一級)節(jié)能減排預(yù)測(二級)據(jù)國家有關(guān)部門公布，至2009年低，我國6000千瓦及以上電廠發(fā)電設(shè)備容量87407萬千瓦，其中火電65205萬千瓦，可資利用的火電按15000萬千瓦(不足四分之一)估計，每發(fā)1瓦電回收冷凝熱按0.7瓦估計，供暖期按5個月估計

17、，供冷期按3個月估計，每年可回收冷凝熱2177.28百萬吉焦。如果供熱鍋爐平均運行效率按60%估算，每年可節(jié)標準煤1.2億噸。如果被改造的有50%的水冷機組，按每兆瓦裝機容量年節(jié)水1萬噸計算，每年節(jié)水15億噸。每年減排二氧化碳3億噸，向大氣中少排熱2177百萬吉焦。市場及經(jīng)濟性預(yù)測(二級)按照以上預(yù)測，回收冷凝熱總裝機容量為兆瓦，溴化鋰吸收式熱泵與離心熱泵按7:3估算，需要溴化鋰吸收式熱泵總裝機容量73500兆瓦，需要離心熱泵總裝機容量31500兆瓦。熱價按27元/吉焦計算，每年回收冷凝熱收益587.8億元。水費按5元/噸計算，每年節(jié)水收益75億元。熱指標按50瓦/平方米計算，利用回收的冷凝熱

18、可以新增供熱面積21億平方米。每平方米供熱面積投資按80元(熱源50元，一次管網(wǎng)和換熱站30元)估計，利用冷凝熱供熱可以拉動投資1680億元?？偨Y(jié)(一級)利用冷凝熱集中供熱是一項節(jié)能工程(二級)利用冷凝熱集中供熱每年可節(jié)能2177.28百萬吉焦，其中供暖期節(jié)能1630.8百萬吉焦，供冷期節(jié)能546.48百萬吉焦;每年可節(jié)標準煤1.2億噸，其中供暖期節(jié)標準煤0.75億噸，供冷期節(jié)標準煤0.45億噸。每年節(jié)水15億噸，其中供暖期節(jié)水9.4億噸，供冷期節(jié)水5.6億噸。利用冷凝熱集中供熱是一項環(huán)保工程(二級)每年少排灰渣0.8億噸，少排煙塵29萬噸，少排二氧化硫371萬噸，少排氮氧化物175萬噸，少排二氧化碳3億噸。每年少排熱2177.28百萬吉焦。利用冷凝熱集中供熱利國利民利企(二級)利用冷凝熱集中供熱利國利民利企利用冷凝熱集中供熱不僅是一項節(jié)能環(huán)保工程，還是一項造福百姓關(guān)切群眾冷暖的民生工程，對企業(yè)也有一定的經(jīng)濟效益，可謂利國利民利企。利用冷凝熱集中供熱前景廣闊(二級)利用冷凝熱集中供熱對空調(diào)設(shè)備制造商，特別是對大型水源熱泵制造商是一個絕好機會，有廣闊的市場前景。利用冷凝熱集中供熱電廠是直接受益者，可