熱泵在余熱回收中的應(yīng)用

◆概述◆設(shè)計(jì)方案

◆冷凝熱回收效益分析◆冷凝熱回收前景預(yù)測(cè)◆小結(jié)目錄第一部分：概述

火（熱）電廠冷凝熱的特點(diǎn)與現(xiàn)狀處理方法火（熱）電廠與熱負(fù)荷的基本情況

設(shè)計(jì)思想1.1.1火（熱）電廠冷凝熱的特點(diǎn)經(jīng)汽機(jī)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(jìn)入鍋爐，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽在汽機(jī)中作功，在這個(gè)熱媒的循環(huán)過(guò)程中，需要放出大量的冷凝熱。冷凝熱的主要特點(diǎn)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℃?！袅看?、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(xiàng)損失參考值[*]如表1所示，其中汽輪機(jī)排氣熱損失（冷端損失）巨大。火（熱）電廠冷凝熱的特點(diǎn)現(xiàn)代火力發(fā)電廠各項(xiàng)損失參考值(%)表1項(xiàng)目電廠初參數(shù)中參數(shù)高參數(shù)超高參數(shù)超臨界參數(shù)鍋爐熱損失111098管道熱損失110.50.5汽輪機(jī)機(jī)械損失10.50.50.5發(fā)電機(jī)損失10.50.50.5汽輪機(jī)排氣熱損失61.557.552.550.5*熱工手冊(cè)任澤霈等主編機(jī)械工業(yè)出版社2002年11月第一版冷凝熱排空(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(guò)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(jī)組外，極少回收。1.1.2火（熱）電廠冷凝熱現(xiàn)狀處理方法

我國(guó)集中供熱隨著城鎮(zhèn)化的建設(shè)發(fā)展迅速，2009年全國(guó)集中供熱面積已經(jīng)達(dá)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。正在集中供熱的熱電機(jī)組以及可資利用的火電機(jī)組的冷凝熱未被利用，冷凝熱仍然通過(guò)空冷島或涼水塔排空，火（熱）電機(jī)組，包括單機(jī)容量在300MW以上的大型火電機(jī)組仍然在低效率高能耗的狀態(tài)下運(yùn)行。1.2火（熱）電廠與熱負(fù)荷的基本情況

１用熱泵技術(shù)回收電廠冷凝熱火力發(fā)電廠冷凝熱通過(guò)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(fèi)，同時(shí)也嚴(yán)重地（熱）污染了大氣?；鹆Πl(fā)電廠冷凝熱排空，是我國(guó)乃至世界普遍存在的問(wèn)題，是浪費(fèi)，也是無(wú)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(wèn)世，使得發(fā)電機(jī)組冷凝熱回收將成為可能。1.3設(shè)計(jì)思想

２對(duì)熱泵的技術(shù)要求電廠冷凝熱品位低，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(yuǎn)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(jì)性為目標(biāo)合理配置熱泵機(jī)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。設(shè)計(jì)思想

3熱源構(gòu)成及功能利用水源熱泵吸收汽機(jī)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(duì)城市集中供熱。熱泵對(duì)電廠冷卻水制冷，回收冷凝熱，冷卻水無(wú)需在冷卻塔冷卻，可減少能耗、水耗及其它運(yùn)行費(fèi)用。熱泵對(duì)熱用戶制熱，冬季供暖，夏季供冷，四季提供生活熱水。設(shè)計(jì)思想

第二部分：方案設(shè)計(jì)方案一冬季供暖集中供熱系統(tǒng)1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)方案四冬季供暖夏季供冷四季洗浴集中供熱系統(tǒng)方案一冬季供暖集中供熱系統(tǒng)1圖1方案一方案二冬季供暖集中供熱系統(tǒng)2圖2方案二方案三冬季供暖及洗浴集中供熱系統(tǒng)圖3方案三方案四夏季供冷及洗浴集中供熱系統(tǒng)圖4方案四第三部分：冷凝熱回收效益分析舉例說(shuō)明，某電廠裝機(jī)容量2x35+1x60MW冷凝熱回收135MW；日節(jié)水3500噸。節(jié)能節(jié)水分析環(huán)境效益分析經(jīng)濟(jì)效益分析能效分析供暖期:151天節(jié)能1761264GJ，節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤（按鍋爐平均運(yùn)行效率60%估算）10萬(wàn)噸；節(jié)水52.85萬(wàn)噸。供冷期:92天節(jié)能1073088GJ，節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤（按鍋爐平均運(yùn)行效率60%估算）6.1萬(wàn)噸；節(jié)水32.2萬(wàn)噸。合計(jì)：年節(jié)能2834352GJ，節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤（按鍋爐平均運(yùn)行效率60%估算）16.1萬(wàn)噸；節(jié)水85.05萬(wàn)噸。3.1節(jié)能節(jié)水分析

供暖期每年少排灰渣6.6萬(wàn)噸，煙塵238噸，二氧化硫3002噸，氮氧化物1422噸，二氧化碳25.4萬(wàn)噸。供冷期每年少排灰渣4萬(wàn)噸，煙塵145噸，二氧化硫1831噸，氮氧化物867噸，二氧化碳15.5萬(wàn)噸。合計(jì):

每年少排灰渣10.6萬(wàn)噸，煙塵383噸，二氧化硫4833噸，氮氧化物2289噸，二氧化碳40.9萬(wàn)噸。3.2環(huán)境效益分析

供暖期節(jié)能1761264GJ，每GJ按27元計(jì)算，毛收入收4755萬(wàn)；節(jié)水52.85萬(wàn)噸，每噸按5元計(jì)算，收益264萬(wàn)元。供冷期節(jié)能1073088GJ，每GJ按27元計(jì)算，毛收入2896萬(wàn)元；節(jié)水32.2萬(wàn)噸，每噸按5元計(jì)算，收益161萬(wàn)元。合計(jì)每年節(jié)能毛收入7651萬(wàn)元；節(jié)水收益425萬(wàn)元。3.3經(jīng)濟(jì)效益分析

2×35MW供熱發(fā)電機(jī)組鍋爐效率89%，管道熱損失1%，汽機(jī)損失1%，發(fā)電機(jī)損失1%，發(fā)電35MW。純凝汽工況進(jìn)汽138噸/時(shí)，排汽101.7噸/時(shí)，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。3.4能效分析

供熱工況1

進(jìn)汽164噸/時(shí)，抽汽40噸/時(shí)，排汽79.3噸/時(shí)，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

能效分析如圖８所示。

回收冷凝熱電廠能效分析如圖９所示。

供熱工況2

進(jìn)汽190噸/時(shí)，抽汽80噸/時(shí)，排汽57噸/時(shí)，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(dá)85%，如圖9所示。

能效分析

凝氣工況下電廠供電標(biāo)煤耗437g/kwh；供熱工況1電廠供電標(biāo)煤耗279g/kwh；熱回收供熱工況1電廠供電標(biāo)煤耗160g/kwh；供熱工況2電廠供電標(biāo)煤耗219g/kwh；熱回收供熱工況2電廠供電標(biāo)煤耗160g/kwh。2009年全國(guó)平均供電標(biāo)煤耗342g/kwh。供電標(biāo)煤耗比較如圖12和圖13所示。可以看出，純凝氣工況下小機(jī)組供電標(biāo)煤耗遠(yuǎn)高于全國(guó)平均供電標(biāo)煤耗，是全國(guó)平均供電標(biāo)煤耗的1.28倍;供熱工況1下小機(jī)組供電標(biāo)煤耗低于全國(guó)平均供電標(biāo)煤耗，是全國(guó)平均供電標(biāo)煤耗的82%；熱回收供熱工況下小機(jī)組供電標(biāo)煤耗遠(yuǎn)低于全國(guó)平均供電標(biāo)煤耗，僅為全國(guó)平均供電標(biāo)煤耗的47%。熱回收供熱工況下機(jī)組年平均供電標(biāo)煤耗270g/kwh。(按機(jī)組年運(yùn)行小時(shí)數(shù)6000，采暖季151天計(jì)算)能效分析

60MW供熱發(fā)電機(jī)組鍋爐效率89%，管道熱損失1%，汽機(jī)損失1%，發(fā)電機(jī)損失1%，發(fā)電60MW。純凝汽工況進(jìn)汽245噸/時(shí)，排汽184噸/時(shí)，電廠效率僅為30.1%，冷端損失55.9%。供電標(biāo)煤耗：未回收冷凝熱453g/kwh。工藝流程如圖14所示。能效分析

供熱工況1

進(jìn)汽330噸/時(shí)，抽汽150噸/時(shí)，排汽103.9噸/時(shí)，電廠效率62.1%，冷端損失23.9%，供電標(biāo)煤耗：220g/kwh?；厥绽淠裏犭姀S效率可以達(dá)到85%，煤耗：回收冷凝熱供電標(biāo)煤耗160g/kwh。工藝流程如圖15所示。能效分析

供熱工況2

進(jìn)汽341.5噸/時(shí)，抽汽170噸/時(shí)，排汽93.3噸/時(shí)，電廠效率65.2%，冷端損失20.8%，供電標(biāo)煤耗：210g/kwh?；厥绽淠裏犭姀S效率可以達(dá)到85%，供電標(biāo)煤耗：回收冷凝熱供電標(biāo)煤耗160g/kwh。工藝流程如圖16所示。能效分析

小熱電機(jī)組與600MW大型火電機(jī)組指標(biāo)參數(shù)比較機(jī)組工況進(jìn)汽（t/h）抽汽（t/h）熱效率（%）供電煤耗（g/kwh）35MW純凝汽138031.1437供熱11644049.0（85）279（160）供熱21908062.4（85）219（160）60MW純凝汽245030.1453供熱133015062.1(85)220(160)供熱2341.517065.2(85)210(160)600MW純凝汽36-40300-2902009年全國(guó)平均供電標(biāo)煤耗342注;括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為回收冷凝熱的值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(yuǎn)高于大（600MW及以上）火電；煤耗之低，遠(yuǎn)低于大（600MW及以上）火電。呼吁對(duì)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(hù)，要壓的只能是高能耗的小火電。能效分析

06年以來(lái)全國(guó)平均供電標(biāo)煤耗比較如圖17所示。前兩年關(guān)停小火電供電標(biāo)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年收效甚微（2009年，全國(guó)關(guān)停小火電2617萬(wàn)千瓦。“十一五”期間，全國(guó)累計(jì)關(guān)停小火電6006萬(wàn)千瓦，超過(guò)計(jì)劃目標(biāo)1006萬(wàn)千瓦，），僅比08年降低3g/kwh，說(shuō)明2009年被關(guān)掉的一部分是小熱電，通過(guò)關(guān)停小火電降低供電標(biāo)煤耗是有限的，今后對(duì)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。能效分析

第四部分：冷凝熱回收的前景預(yù)測(cè)

節(jié)能減排預(yù)測(cè)市場(chǎng)及經(jīng)濟(jì)性預(yù)測(cè)據(jù)國(guó)家有關(guān)部門公布，至2009年低，我國(guó)6000千瓦及以上電廠發(fā)電設(shè)備容量87407萬(wàn)千瓦，其中火電65205萬(wàn)千瓦，可資利用的火電按15000萬(wàn)千瓦（不足四分之一）估計(jì)，每發(fā)1瓦電回收冷凝熱按0.7瓦估計(jì)，供暖期按5個(gè)月估計(jì)，供冷期按3個(gè)月估計(jì)，每年可回收冷凝熱2177.28百萬(wàn)吉焦。如果供熱鍋爐平均運(yùn)行效率按60%估算，每年可節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤1.2億噸。如果被改造的有50%的水冷機(jī)組，按每兆瓦裝機(jī)容量年節(jié)水1萬(wàn)噸計(jì)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(wàn)吉焦。4.1節(jié)能減排預(yù)測(cè)

按照以上預(yù)測(cè)，回收冷凝熱總裝機(jī)容量為105000兆瓦，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(jī)容量73500兆瓦，需要離心熱泵總裝機(jī)容量31500兆瓦。熱價(jià)按27元/吉焦計(jì)算，每年回收冷凝熱收益587.8億元。水費(fèi)按5元/噸計(jì)算，每年節(jié)水收益75億元。熱指標(biāo)按50瓦/平方米計(jì)算，利用回收的冷凝熱可以新增供熱面積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(jì)，利用冷凝熱供熱可以拉動(dòng)投資1680億元。4.2市場(chǎng)及經(jīng)濟(jì)性預(yù)測(cè)

第五部分：小結(jié)利用冷凝熱集中供熱是一項(xiàng)節(jié)能工程利用冷凝熱集中供熱是一項(xiàng)環(huán)保工程利用冷凝熱集中供熱利國(guó)利民利企利用冷凝熱集中供熱前景廣闊回收冷凝熱項(xiàng)目推廣存在的問(wèn)題與建議利用冷凝熱集中供熱每年可節(jié)能2177.28百萬(wàn)吉焦，其中供暖期節(jié)能1630.8百萬(wàn)吉焦，供冷期節(jié)能546.48百萬(wàn)吉焦；每年可節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤1.2億噸，其中供暖期節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤0.75億噸，供冷期節(jié)標(biāo)準(zhǔn)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。5.1利用冷凝熱集中供熱是一項(xiàng)節(jié)能工