燃氣熱電聯(lián)產煙氣余熱回收工程案例-(1)

1、?燃氣熱電聯(lián)產煙氣余熱回收工程案例?編輯：李鋒 付林 趙璽靈|時間 ：2021-8-1|瀏覽： 185|來源：區(qū)域供熱燃氣熱電聯(lián)產煙氣余熱回收工程案例清華大學建筑節(jié)能研究中心李鋒付林趙璽靈【摘要】常規(guī)燃氣熱電聯(lián)產集中供熱系統(tǒng)，煙氣的排煙溫度一般高達90以上，能源浪費極為嚴重。本文針對存在的問題，介紹了基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產煙氣余熱回收技術，并通過北京市某燃氣熱電廠利用該項技術進展供熱改造的工程實例，介紹了技術的工藝流程，并從節(jié)能效益、環(huán)保效益和經濟效益上分析了該技術的優(yōu)勢?！娟P鍵詞】煙氣余熱熱電聯(lián)產吸收式換熱大溫差供熱1燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)應用現(xiàn)狀天然氣的主要成分是甲烷(CH4)，含硫量微乎其微

2、，在燃燒中幾乎不含SO2和煙塵。同時，由于天然氣的可燃成分中含有大量的氫，因而燃燒生成產物中含有的CO2也會明顯減少，只有焦炭的60%、石油的80%。對一些重點城市而言，其節(jié)能減排的要求比擬嚴格，在調研了多種發(fā)電供熱技術的前提下，燃氣熱電聯(lián)產技術成為了各大熱電中心的首選。燃氣熱電聯(lián)產裝置具有發(fā)電效率高、占地面積少、節(jié)約用水、建立周期短、運行靈活等突出優(yōu)點，在供熱制冷的同時，還可產生高品位的電能，實現(xiàn)能源的梯級利用，具有相當大的節(jié)能減排意義。盡管具有一定優(yōu)點，常規(guī)燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)還存在著函待解決的問題:1)一、二次網(wǎng)在熱力站以及熱源處汽水之間的換熱溫差很大，造成很大的不可逆熱損失1。2)燃氣熱電

3、廠煙氣余熱浪費嚴重。煙氣中含有大量的水蒸氣汽化潛熱，而對應于不同的過量空氣系數(shù)，當排煙溫度低于40-60時，煙氣的冷凝熱才能被回收，且排煙溫度在30-40時才能取得較好的余熱回收效果。而在常規(guī)的燃氣熱電冷聯(lián)供系統(tǒng)中，排煙溫度一般均在90以上，假設能回收煙氣的熱量，將大大提高能源利用效率。但是在區(qū)域供熱領域內，熱網(wǎng)回水溫度一般在50-60以上，高于煙氣冷凝的露點，無法實現(xiàn)有效的煙氣冷凝熱回收。3)另外，目前熱電聯(lián)產熱電比低，一般為0.6-0.8。為滿足熱負荷，同燃氣鍋爐相比，需要消耗2-3倍的燃氣量。天然氣是珍貴的資源，對于天然氣供給緊張的城市，無疑增加了壓力，供熱平安性也受到影響。針對上述問題

4、，提出了基于吸收式循環(huán)的新型熱電聯(lián)產集中供熱技術1-3。該技術在保證二次網(wǎng)運行參數(shù)不變的情況下，一次網(wǎng)供回水由傳統(tǒng)的130和70變?yōu)?30和20，供回水溫差約由60提高至110,可以使既有熱網(wǎng)的輸配能力提升80%，大幅降低管網(wǎng)投資，免除回水管網(wǎng)的保溫措施;一次網(wǎng)回水溫度降至20左右，明顯低于煙氣的冷凝溫度，低溫度的回水為高效回收燃氣熱電廠的煙氣余熱創(chuàng)造了良好的條件。在熱力站采用吸收式換熱的根底上，對常規(guī)燃氣熱電廠內的熱網(wǎng)加熱設施進展改造。在常規(guī)燃氣熱電廠中，一般均采用熱網(wǎng)加熱器直接利用熱網(wǎng)抽汽加熱熱網(wǎng)回水，該種供熱方式的缺點上節(jié)中已經描述。在此，根據(jù)“溫度對口，梯級利用的原那么，熱網(wǎng)回水一般經

5、過三個環(huán)節(jié)的加熱。熱網(wǎng)回水首先同低溫煙氣進展換熱，即加熱熱網(wǎng)水的第一個環(huán)節(jié)。在第二個環(huán)節(jié)中，利用燃氣熱電廠的抽汽作為熱源驅動吸收式熱泵，進一步提取煙氣的余熱，同時加熱熱網(wǎng)回水。之后進人常規(guī)加熱環(huán)節(jié)，利用原有的熱網(wǎng)加熱器將熱網(wǎng)水加熱至設計溫度供出。該系統(tǒng)的熱力過程比原系統(tǒng)更為合理，在不改變原系統(tǒng)抽汽參數(shù)的情況下，供熱效率及能源利用效率大大提高。2基于吸收式換熱的燃氣熱電聯(lián)產煙氣余熱回收的工程案例某燃氣熱電廠現(xiàn)狀及改造方案介紹北京市某園區(qū)，建筑面積為764萬平方米，結合實際情況，該園區(qū)綜合熱指標為53 W/m2，因此總熱負荷為405MW。該園區(qū)供熱方案采取燃氣熱電聯(lián)產+燃氣鍋爐房調峰的方式，燃氣熱

6、電聯(lián)產承當園區(qū)的根底熱負荷，燃氣鍋爐房承當調峰作用。其中，燃氣熱電廠工程建立規(guī)模為200MW級天然氣聯(lián)合循環(huán)供熱機組。裝機方案為:一套“E型燃機組成的燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機組。該系統(tǒng)的蒸汽輪機組抽汽進入汽水換熱器加熱熱網(wǎng)回水至供熱設計溫度。該燃氣熱電廠的系統(tǒng)圖如圖1所示，各主要參數(shù)如表1所示。表1 燃氣熱電廠主要技術參數(shù)參數(shù)單位數(shù)量燃氣耗量Nm3/h54856發(fā)電量MW220發(fā)電效率%供熱量MW202供熱效率%能源總利用效率%抽汽壓力MPa抽汽溫度168排煙溫度90熱網(wǎng)供/回水溫度/130/70 該熱電廠存在著前述常規(guī)燃氣熱電廠中所提到的如供熱效率低、煙氣排放溫度高、換熱環(huán)節(jié)不可逆損失大等缺

7、點。燃氣熱電廠供熱量為202MW(考慮了3%的熱損失)，那么調峰燃氣鍋爐房供熱量為203MW。在采暖季的初末期，熱負荷較小，此時燃氣熱電廠運行，承當全部熱負荷。在采暖季的嚴寒期，熱負荷較大，此時燃氣熱電廠承當局部熱負荷，其余熱負荷由燃氣鍋爐房承當。因此，在整個采暖季，燃氣熱電廠根本處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，燃氣鍋爐房隨熱負荷的變化而逐步投入或退出。燃氣熱電廠的熱負荷延續(xù)時間圖如圖3(a)所示。根據(jù)上述問題和解決途徑，對該燃氣熱電廠進展改造。在熱力站內，利用吸收式換熱技術，采用吸收式換熱機組代替常規(guī)板式換熱器，考慮熱網(wǎng)的實際供水溫度為120，那么可以實現(xiàn)熱網(wǎng)回水溫度25，大幅度降低熱網(wǎng)回水溫度和供回水溫

8、差，以回收電廠內大量余熱廢熱，提高系統(tǒng)的能源利用效率，同時降低管徑，減少管網(wǎng)投資。在熱電廠內，按照上節(jié)所述對熱網(wǎng)回水進展三級加熱，該方案的系統(tǒng)圖如圖2所示，系統(tǒng)的相關技術參數(shù)如表2所示。表2基于吸收式換熱的燃氣熱電廠主要技術參數(shù)參數(shù)單位數(shù)量供熱量MW280供熱效率%能源總利用效率%排煙溫度20熱網(wǎng)供/回水溫度/120/25 基于吸收式換熱的燃氣熱電廠的供熱量為280MW(考慮了3%的熱損失)，那么調峰燃氣鍋爐房供熱量為125MW。隨著熱負荷降低，調峰燃氣鍋爐房逐漸退出使用，當熱負荷繼續(xù)降低，可逐漸減少抽汽量，當采暖季處于初末期時，僅有煙氣余熱和局部抽汽來承當熱負荷。基于吸收式換熱的燃氣熱電廠的

9、熱負荷延續(xù)時間圖如圖3(b)所示。節(jié)能性比擬原燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)與基于吸收式換熱的燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)的能源利用效率比擬如圖4所示:同原燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)相比，基于吸收式換熱的燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)在發(fā)電效率不變的情況下，供熱效率提高了約38.6%,總系統(tǒng)能源利用效率提高了約18.7%，增加供熱能力78MW以上。如圖2所示，承當一樣的熱負荷，原系統(tǒng)中燃氣調峰供熱量為93萬GJ，燃氣熱電聯(lián)產供熱量為211萬GJ，改造后的系統(tǒng)中燃氣調峰供熱量為34萬GJ，抽汽供熱量188萬GJ,低溫煙氣余熱供熱量為82萬GJ。通過比擬，基于吸收式換熱的燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比，年減少燃氣調峰供熱量59萬GJ，減少抽汽供熱2

10、3萬GJ，減少的供熱抽汽可用于發(fā)電，經過計算，相當于增加540萬kWh發(fā)電量。由于基于吸收式換熱的燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)需要新增耗電設備，經過計算，年增加耗電量約為860萬kWh。那么基于吸收式換熱的燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)相對于原燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)的節(jié)能性比擬如表3所示:表3節(jié)能性比擬參數(shù)單位數(shù)量增加供熱量MW78提高供熱效率%提高總利用效率%年回收余熱量萬GJ/年82減少調峰燃氣量萬Nm3/年2078年增加發(fā)電量萬kWh/年540年增加發(fā)電量折合燃氣量萬Nm3/年119年增加耗電量萬kWh/年860年增加耗電量折合燃氣量萬Nm3/年189折合年凈節(jié)約燃氣量萬Nm3/年20213,調峰燃氣鍋爐供熱效率按照9

11、0%計算(考慮3%的熱損失)，燃氣電廠發(fā)電效率按照50%計算如上表所示，采用基于吸收式換熱的燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)后，年減少燃氣消耗量為2021萬Nm3，節(jié)能效益巨大。另外，由于煙氣溫度降至20，煙氣中的水蒸氣大量冷凝，該冷凝水水質較好，經過處理后可作為電廠補水等用途，年回收冷凝水量約為18萬噸。環(huán)保比擬環(huán)保比擬主要考慮采用基于吸收式換熱的燃氣熱電聯(lián)產系統(tǒng)后CO2的減排量。由于采用該系統(tǒng)后，年減少燃氣耗量2021萬Nm3，那么年減少CO2排放3.9萬噸，具有良好的環(huán)保效益。另外，由于煙氣中的水蒸氣大量凝結，煙氣中的S02, NO2等污染物也會溶于冷凝水而隨冷凝水排出，有益于減少大氣中的污染物排放。經

12、濟性比擬基于吸收式換熱的燃氣熱電聯(lián)產同原系統(tǒng)相比，熱力站及電廠內均需要進展改造，因此需要增加投資。調峰鍋爐房燃氣耗量降低，因此運行費用降低，系統(tǒng)發(fā)電量有所增加，因此發(fā)電收益增加，另外系統(tǒng)增加電耗，增加了運行費用?；谖帐綋Q熱的燃氣熱電聯(lián)產方案的經濟性計算如表4所示：表4經濟性比擬參數(shù)單位數(shù)量增加投資億元年減少調峰燃氣量萬Nm3/年2078年減少燃氣費用萬元/年4738年增加發(fā)電量萬kWh/年540年增加發(fā)電收益萬元/年378年耗電量萬kWh/年860年增加電費萬元/年688年凈運行收益萬元/年4428靜態(tài)增量投資回收期年3，廠內用電價按照0.8元/kWh，發(fā)電電價按照0.7元/kWh(考慮補貼)如表4所示，該系統(tǒng)同原系統(tǒng)比擬，其靜態(tài)增量投資回收期約為4.5年，具有較好的經濟效益。3結論文章對常規(guī)燃氣熱電聯(lián)產集中供熱系統(tǒng)存在的問題進展了分析研究。常規(guī)燃氣熱電聯(lián)產集中供熱系統(tǒng)主要存在著換熱環(huán)節(jié)不可逆損失較大以及能源利用效率低等問題。針對存在的問題并結合實際工程案例，本文介紹了基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產煙氣余熱回收技術，在熱力站設置吸收式換熱機組，降低熱網(wǎng)水溫度至約25，在燃氣熱電廠內通過煙氣換熱器、吸收式熱泵和熱網(wǎng)加熱器等環(huán)節(jié)將熱網(wǎng)水逐級加熱至設計溫度，實現(xiàn)“梯級利用，溫度對口的原那么。一方面，通過拉大供