實(shí)驗(yàn)六 低品位能量有效利用實(shí)驗(yàn)(修改)

低品位能量有效利用實(shí)驗(yàn)哈爾濱工業(yè)大學(xué)主講人：譚羽非教授2010.10.29實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)熱力學(xué)第二定律與制冷、制熱循環(huán)過程的理解；2、掌握提升低品位能量的原理和方法；3、學(xué)生自己設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力。實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容

熱機(jī)能使熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，卡諾循環(huán)是這一能量轉(zhuǎn)變過程中的理想循環(huán)，基本的蒸汽動(dòng)力循環(huán)是朗肯循環(huán)。制冷機(jī)（熱泵）能使熱能從溫度較低的物體轉(zhuǎn)移到溫度較高的物體，逆卡諾循環(huán)是這一能量轉(zhuǎn)變過程中的理想循環(huán)，基本的蒸汽壓縮制冷（制熱）循環(huán)是逆朗肯循環(huán)。高、低溫?zé)嵩吹臏囟炔钪?、氣體壓縮過程的不可逆損失、換熱器傳熱溫差等是影響能量有效利用的主要因素。實(shí)驗(yàn)室目前低品位能量有效利用的實(shí)驗(yàn)臺(tái)有待調(diào)試，所以現(xiàn)就大連華能電廠改造項(xiàng)目介紹如何利用熱電廠運(yùn)行過程中低位能源的利用情況。電廠的余熱利用技術(shù)廢熱耗能形成熱污染：如通過冷卻塔排到大氣，造成空氣局部溫升；如通過河水冷卻，會(huì)改變水溫出現(xiàn)富營養(yǎng)化現(xiàn)象，影響藻類、魚類生物的生長。我國一次能量資源的特點(diǎn)決定了電力工業(yè)以燃煤火電為主的格局.2電廠熱效率<40%,排汽中約60%熱能排入大氣。1342008年《中華人民共和國節(jié)能法》將熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)技術(shù)列入國家鼓勵(lì)發(fā)展的通用技術(shù)，促進(jìn)了熱泵事業(yè)的發(fā)展電廠熱電聯(lián)產(chǎn)供熱改造存在的能量損失減溫減壓能量損失工業(yè)用汽最低抽汽壓力:(0.8-1.6)MPa而供暖用汽抽汽壓力:(0.12-0.25)MPa。這就需要在外部進(jìn)行減溫減壓，將抽出熱蒸汽經(jīng)過降溫減壓器后，才能進(jìn)入熱網(wǎng)交換器，這將造成很大能量損失。電廠凝汽式發(fā)電機(jī)組，冷凝熱既具有低品位能量(排汽壓力0.004-0.008MPa，冷凝溫度30℃左右)，排到大氣中對(duì)環(huán)境又會(huì)產(chǎn)生熱污染,同時(shí)具有量大、水質(zhì)好和集中等特點(diǎn)，余熱利用價(jià)值較大。冷凝余熱能量損失采用在汽輪機(jī)中低壓缸連通管打孔抽汽，將抽出的熱蒸汽用于周邊地區(qū)的采暖供熱。凝汽機(jī)組電廠熱電聯(lián)產(chǎn)供熱改造目的結(jié)論為進(jìn)一步提高熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的熱能利用率，減少對(duì)環(huán)境的污染，一方面應(yīng)梯度利用經(jīng)過降溫減壓器的能源，另一方面應(yīng)設(shè)法回收電廠循環(huán)水的冷凝余熱，提高熱電聯(lián)產(chǎn)的能源利用率，減少對(duì)環(huán)境的污染。方案實(shí)施

針對(duì)華能大連發(fā)電廠4臺(tái)350MW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，提出用于集中供熱熱網(wǎng)的改造方案，并對(duì)該方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能分析，證明本項(xiàng)目的可行性。通過建立一種新型的汽機(jī)熱泵聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，來替代原熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的減溫減壓器，抽出蒸汽在小型汽機(jī)內(nèi)做功，同軸驅(qū)動(dòng)熱泵機(jī)組以回收火電廠循環(huán)水余熱，小汽機(jī)的乏汽與原來減溫減壓器有相同的出口參數(shù)，形成驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)、熱泵與供熱系統(tǒng)聯(lián)合循環(huán)的電廠節(jié)能減排的關(guān)鍵技術(shù)。電廠供熱新技術(shù)改造方案原方案抽汽流程

中壓排氣

汽機(jī)熱泵熱網(wǎng)加熱器中壓排氣減溫減壓器熱網(wǎng)加熱器新方案抽汽流程本項(xiàng)目提出采用汽輪機(jī)中壓排氣驅(qū)動(dòng)熱泵，以回收火電廠循環(huán)水余熱的新技術(shù)，在華能大連電廠供熱系統(tǒng)改造中應(yīng)用，通過研究設(shè)計(jì)，確定低成本、高產(chǎn)出效益型的電廠循環(huán)水余熱回收利用系統(tǒng)，為電廠實(shí)現(xiàn)高效率的節(jié)能減排，帶來經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。汽機(jī)熱泵聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)圖經(jīng)機(jī)組汽機(jī)（1）中壓缸打孔抽出的蒸汽，直接進(jìn)入小汽輪機(jī)，經(jīng)小汽機(jī)絕熱膨脹做功后，乏汽的出口溫度壓力達(dá)到與原減溫減壓器相同，在進(jìn)入熱網(wǎng)加熱器，小汽機(jī)（2）同軸連接熱泵（3），小汽機(jī)發(fā)出的軸功率，作為高位能源，直接驅(qū)動(dòng)熱泵以提取海水循環(huán)水的低位熱量，送入熱網(wǎng)加熱器（4）。認(rèn)為熱機(jī)和熱泵內(nèi)部是可逆過程，二者之間熱交換為不可逆（1）熱機(jī)瞬間熱傳遞為：據(jù)熱力學(xué)第二定律：熱傳導(dǎo)比率聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)熱泵與熱機(jī)最佳功率比的確定總熱傳導(dǎo)系數(shù)不變熱機(jī)輸出功率：可知，熱機(jī)最大輸出功率為此時(shí)聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)熱泵與熱機(jī)最佳功率比的確定（1）熱泵瞬間熱傳遞為：低溫?zé)嵩磽Q熱量：熱泵輸入功：聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)熱泵與熱機(jī)最佳功率比的確定相應(yīng)于最佳工況下的輸入功為：最佳的熱泵和熱機(jī)做功比為：聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)熱泵與熱機(jī)最佳功率比的確定最佳工況的熱交換華能大連電廠供熱改造工程背景工程背景電廠有4臺(tái)350MW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，根據(jù)大連周邊地區(qū)采暖供熱的需求，擬采用在四臺(tái)汽輪機(jī)中低壓缸連通管打孔抽汽方式，進(jìn)行供熱改造，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)。實(shí)際供熱要求滿足1200萬平方米熱負(fù)荷，供熱蒸汽壓力0.3MPa-0.4MPa，每臺(tái)機(jī)組抽汽量為200t/h（為機(jī)組最大抽汽量）。由于電廠4臺(tái)機(jī)組分缸壓力較高，不能直接作為供熱汽源供熱，只能采用經(jīng)減溫減壓器的供熱方式，電廠凝汽器循環(huán)水的冷卻方式是有開式，直接排入大海，循環(huán)水溫受環(huán)境影響較大，但冬季最低溫度達(dá)10-12度，含有大量低品位熱量，由于流量大，即使溫降5度，其熱能利用潛力也極大。聯(lián)合系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

小汽機(jī)的輸出功率：汽機(jī)中壓抽汽量200t/h，壓力0.7MPa，溫度315度，經(jīng)小汽輪機(jī)絕熱膨脹做功后，乏汽達(dá)到與原減溫減壓器相同的261度出口溫度、0.3MPa則四臺(tái)可輸出功率36MW.聯(lián)合系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

取海水循環(huán)水流量3000t/h,溫度從10℃降到5℃，保守取熱泵COP=3

即：消耗1份高位熱能，可汲取2份循環(huán)水低位熱能，全部用于供熱（目前COP可達(dá)到3-5）：熱泵制熱量：4臺(tái)制熱：106.6MW聯(lián)合系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

4臺(tái)熱泵消耗的電功率：可見，小汽機(jī)的輸出功率36MW，可完全滿足熱泵的功耗。與原方案設(shè)計(jì)參數(shù)比較

原采用中壓抽氣經(jīng)減溫減壓器供熱改造方案，在滿足大連市最大總供熱面積1200萬平方米，熱網(wǎng)供回水水溫130/70變化時(shí)，若中壓抽汽溫度、壓力315度、0.7MPa,200噸。需熱網(wǎng)水流量8000噸/h，四臺(tái)汽機(jī)需抽蒸汽800噸/h，即200噸/臺(tái)。按原方案在滿足大連市最大總供熱面積1200萬平方米時(shí)，熱網(wǎng)總需熱量：新方案熱網(wǎng)水所需總熱量=小汽機(jī)乏汽余熱+熱泵制熱與原方案設(shè)計(jì)參數(shù)比較

采用汽機(jī)熱泵同軸聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)小型背壓汽機(jī)乏汽余熱4臺(tái)節(jié)省的蒸汽量

單臺(tái)比原減溫減壓器抽氣供熱，理論上可節(jié)省蒸汽量：150.00/4=37.50t/h環(huán)保性能分析

以350Mw供熱發(fā)電機(jī)組為例，根據(jù)節(jié)煤量估算相當(dāng)于減排的灰渣、煙塵、一氧化硫、氮氧化物等污染物?；以凑彰毫康?0%估算，采暖季減排7.7萬噸，煙塵采暖季減排403.