廊坊熱電廠熱泵系統(tǒng)節(jié)能改造及供熱能力分析

引言

進入"十三五",國家發(fā)改委、國家能源局正式印發(fā)《電力發(fā)展"十三五"規(guī)劃》(2016一2020年),其中指出:因地制宜規(guī)劃建設熱電聯(lián)產(chǎn)項目。在充分利用已有熱源且最大限度地發(fā)揮其供熱能力的基礎上,按照"以熱定電"的原則規(guī)劃建設熱電聯(lián)產(chǎn)項目:優(yōu)先發(fā)展背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機組。同時,《國務院關于印發(fā)"十三五"節(jié)能減排綜合工作方案的通知》(國發(fā)(2016)74號)中明確指出:加快發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱,利用城市和工業(yè)園區(qū)周邊現(xiàn)有熱電聯(lián)產(chǎn)機組、純凝發(fā)電機組及低品位余熱實施供熱改造,淘汰供熱范圍內(nèi)的燃煤鍋爐。廊坊熱電廠設計承擔廊坊市區(qū)供熱面積1400萬m2,2018年實際供熱面積已達到設計值,隨著市區(qū)采暖對穩(wěn)定可靠熱源的需求持續(xù)加大,現(xiàn)有的供熱方式和系統(tǒng)將難以滿足外部市場的要求。因此,充分挖掘現(xiàn)有設備的潛力,進行供熱系統(tǒng)改造,提高電廠的供熱能力,勢在必行。

1廊坊熱電廠供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀

廊坊熱電廠抽汽凝汽式機組總裝機容量為2×350MW,采用了新型凝汽器余熱回用系統(tǒng),如圖1所示。熱網(wǎng)首站采用熱泵＋熱網(wǎng)加熱器兩級加熱模式。熱泵系統(tǒng)以機組0.4MPa、245℃供熱抽汽為驅動汽源,提取冷源余熱。2×85t/h供熱抽汽經(jīng)減溫后進入熱泵,凝結成水,溫度8o℃。通過閉式凝結水箱回收后,由熱泵站內(nèi)凝結水泵送至熱網(wǎng)疏水管道:115oot/h熱網(wǎng)回水首先進入熱泵一級加熱,水溫由55℃加熱到7o.2℃,再經(jīng)熱網(wǎng)換熱器二次加熱后對外供熱。1328ot/h冷源余熱進入熱泵,提取余熱后,熱泵循環(huán)工質(zhì)從3o℃降為24.8℃,進入凝汽器吸熱升溫后再進入熱泵,完成熱泵一凝汽器一熱泵的閉式循環(huán)。

2熱泵參數(shù)及系統(tǒng)運行

廊坊熱電廠采用8臺單機制熱量為25.4MW(回水溫度55℃)的溴化鋰吸收式熱泵。溴化鋰吸收式熱泵額定設計工況技術參數(shù)如表1所示。

現(xiàn)有設計型式為單機帶50%熱泵,即單臺機組運行只能帶4臺熱泵。在供熱期間,如僅一臺機組運行,則其余5o%熱泵處于備用狀態(tài),浪費嚴重。熱泵運行系統(tǒng)圖如圖2所示。

3改造前供熱能力分析

考慮到機組現(xiàn)有供熱情況及機組的調(diào)峰能力,以余熱系統(tǒng)回收熱量8oMW為例,模擬計算單臺機組低壓缸進汽流量為1oot/h的情況下,單機運行與雙機運行情況下不同主汽流量時,發(fā)電負荷與供熱能力的關系。計算結果如表2所示。

由表2可以看出,低壓缸進汽流量為1oot/h,主汽流量5oo~1o95t/h變化時,單機帶負荷能力變化范圍為127.8~271.5MW,單機供熱量變化范圍為223.o~450.9MW。雙機帶100%熱泵在極寒期(按45w/m2考慮)供熱能力變化范圍為991.0~2003.8萬m2,主汽流量在750t/h以上時,能滿足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬m2考慮)的需求,且電負荷能維持在190MW以上。

考慮在供熱期,存在一臺機組運行的可能性。從表2可以看出,低壓缸進汽流量為100t/h,主汽流量500~1095t/h變化時,單機帶50%熱泵在初末寒期(按20w/m2考慮)的供熱能力范圍為1114.9~2254.3萬m2,主汽流量在650t/h以上時,能滿足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬m2考慮)的需求,且電負荷能維持在165MW以上:單機帶50%熱泵在中寒期(按31.5w/m2考慮)的供熱能力范圍為707.9~1431.3萬m2,主汽流量達到最大進汽流量時,能剛好滿足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬m2考慮)的需求:單機帶50%熱泵在極寒期(按45w/m2考慮)的供熱能力范圍為495.5~1001.9萬m2,主汽流量在最大值時,也不能滿足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬m2考慮)的需求。

4熱泵系統(tǒng)改造方案及改造后的供熱能力分析

目前,單臺機組最小低壓缸進汽流量設計為100t/h,小機進汽流量最大為63t/h,在機組背壓4.9kPa運行時,熱泵吸收總乏汽量為130t/h,單機運行已基本滿足熱泵所需乏汽量,雙機運行冷源損失較大。同時,在實際運行過程中,中壓缸排汽蝶閥的最小漏汽流量較高于設計值,造成低壓缸最小進汽流量增大,且運行調(diào)整安全性較差,不能滿足機組調(diào)峰過程中的安全運行要求。雙機運行時,機組運行背壓需提高至4.9kPa以上,整體經(jīng)濟性較差,考慮到小機進汽流量和低壓缸最低進汽流量,單臺機組已具備帶100%熱泵條件。

4.1改造方案

一臺機組進行余熱水管道增容改造,即利用主凝結區(qū)1/4區(qū)(主凝結區(qū)為4路進水、4路回水)進回水管路與凝汽器增容改造區(qū)余熱水進回水相互連通,在改造機組凝汽器增容區(qū)回水母管與兩臺機組余熱水回水母管增加聯(lián)絡管,其主要目的為讓單臺機組余熱水量達到13000t/h,滿足全部熱泵所需余熱量。經(jīng)熱泵冷卻后,余熱水出水回收至主機循環(huán)水泵入口前池。改造后余熱水系統(tǒng)圖如圖3所示。

4.2改造后的供熱能力分析

結合機組實際運行情況,考慮帶100%熱泵機組的低壓缸進汽流量在100t/h工況下,針對不同主蒸汽流量下機組負荷與供熱能力進行模擬計算,結果如表3所示。

從表3可以看出,一臺機組帶100%熱泵(低壓缸進汽流量為100t/h),主汽流量500~1095t/h變化時,帶100%熱泵機組單機帶負荷能力變化范圍為127.8~271.5MW,單機供熱量變化范圍為263.0~490.9MW?？紤]在供熱期,存在一臺機組運行的可能性。帶100%熱泵機組單機在初末寒期(按20w/m2考慮)的供熱能力范圍為1314.9~2454.3萬m2,主汽流量在550t/h以上時,能滿足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬m2考慮)的需求,且電負荷能維持在140MW以上:帶100%熱泵機組單機在極寒期(按45w/m2考慮)的供熱能力范圍為584.4~1090.8萬m2,主汽流量在最大值時,也不能滿足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬m2考慮)的需求。

4.3熱經(jīng)濟性分析

由以上分析可以得出:改造后,單臺熱泵可在其他條件一定的情況下,多增加40MW制熱量,此制熱量在初末寒期、中寒期及極寒期對供熱能力的影響如表4所示。

從表4可以看出,單臺機組運行時,帶100%熱泵后,在其他條件一定的情況下,較帶50%熱泵時,在初末寒期供熱能力提高200.0萬m2,在中寒期供熱能力提高127.0萬m2,極寒期供熱能力提高88.9萬m2。折算下來全年發(fā)電標準煤耗降低約2.15g/kw·h,節(jié)省標煤0.794萬t/年,二氧化碳和二氧化硫排放量分別減少1.728萬t和0.0538萬t。

5結論

(1)通過熱泵系統(tǒng)節(jié)能改造,提高了機組的供熱能力和供熱保障水平,降低了煤耗率。

(2)全年發(fā)電標準煤耗率降低約2.15g/kw·h,節(jié)省標準煤0.794萬t/年。

(3)二氧化碳和二氧化硫排放量分別減少1.728萬t和0.0538萬t。