廊坊熱電廠新型凝汽器余熱回用熱經(jīng)濟(jì)性分析

引言

降低或消除電廠低品位冷凝熱的排放,提高發(fā)電企業(yè)能源利用率是火力發(fā)電技術(shù)一直以來追求的目標(biāo)。熱泵技術(shù)的日趨成熟和快速發(fā)展,已經(jīng)使回收利用低品位冷凝熱的工程設(shè)想轉(zhuǎn)化為了現(xiàn)實(shí)。

余熱大致分為六大類:高溫?zé)煔庥酂帷⒅鞲邷禺a(chǎn)品和廢渣余熱、可燃廢氣廢液廢料余熱、廢汽廢水余熱、化學(xué)反應(yīng)余熱及冷卻介質(zhì)余熱。而電廠存在大量余熱,如煙氣和冷源余熱等。排煙熱損失是鍋爐各項(xiàng)熱損失中最大的一項(xiàng),約占鍋爐熱損失的70%~80%。受熱面的污染程度會隨著鍋爐運(yùn)行時間的增加而加劇,排煙溫度一般會比設(shè)計(jì)溫度還要高20~30C。對于低溫省煤器,國內(nèi)已有類似設(shè)備成功應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn),如龍口電廠、威海電廠等,而國外利用低溫省煤器加熱熱網(wǎng)回水,已經(jīng)達(dá)到了很好的效果。

國電廊坊熱電廠采用兩臺350Mw機(jī)組進(jìn)行供熱。隨著該地區(qū)冬季供熱面積的增加,原供熱系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足要求。因此,通過開發(fā)適用于濕冷機(jī)組的新型余熱回收型凝汽器,利用冷源余熱并采用熱泵技術(shù),提高余熱溫度達(dá)到供熱要求,減少了高品位蒸汽的利用,增加了低品位能量的使用,提高了電廠的熱經(jīng)濟(jì)性,減少了對環(huán)境的污染。廊坊熱電廠基于新型余熱回收型凝汽器及熱泵等構(gòu)成了供熱系統(tǒng),本文將對電廠的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析,希望能為同類電廠提供參考。

1余熱回收型凝汽器的構(gòu)成

余熱回用型凝汽器為單殼體、單背壓、表面式、雙流程、橫向布置,如圖1所示。

凝汽器主要由接頸、殼體、水室、背包式疏水?dāng)U容器等部分構(gòu)成,底部固定支撐,接頸與汽輪機(jī)低壓缸排汽口連接方式為柔性連接。

余熱回收型凝汽器總體尺寸約為16.4m×10.1m×12.9m。管束分為主凝結(jié)管束區(qū)和余熱回收管束區(qū)兩部分。主凝結(jié)管束區(qū)由四組小管束組成,余熱回收管束區(qū)由四組扁長形管束組成,管束以凝汽器中心線為軸對稱布置。圖1僅表示了凝汽器半側(cè)管束。

主管束區(qū)和余熱回收管束區(qū)分別設(shè)置獨(dú)立的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。主管束區(qū)冷卻水由進(jìn)出口水室的下側(cè)進(jìn)入凝汽器,上部流出。余熱回收管束區(qū)設(shè)置單獨(dú)的冷卻水系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)余熱回收區(qū)的單獨(dú)控制。

主管束區(qū)水室分四只進(jìn)出口水室和四只返回水室,主管束區(qū)水室冷卻水進(jìn)出口口徑為小1420×14。余熱回收水室由兩只進(jìn)出口水室和兩只后水室組成,余熱回收水室冷卻水進(jìn)出口口徑為小820×14。

2熱泵選型及參數(shù)

廊坊電廠供熱機(jī)組為C350-24.2/0.4/566/566型抽凝機(jī)組。額定采暖工況下汽輪機(jī)供熱抽汽燴值hcq=2954.28kJ/kg,汽輪機(jī)排汽燴值hn=2483.88kJ/kg,供熱抽汽在發(fā)生器放出熱量凝結(jié)成80℃左右的飽和水(hbs=334.95kJ/kg),機(jī)電效率7jd取0.99,則單位供熱蒸汽做功量為:w=(hcq-hn)x7jd=465.70kw/kg。單位供熱蒸汽在發(fā)生器中的放熱量為:g=hcq-hbs=2619.33kw/kg。則電能轉(zhuǎn)換系數(shù)1=w/g=0.178。

根據(jù)熱泵廠家提供參數(shù),壓縮式熱泵制熱性能系數(shù)CoPy取4.6,吸收式熱泵制熱性能系數(shù)CoPx為1.653。根據(jù)計(jì)算得:入=(CoPx-1)/(CoPy-1)=0.1814。因?yàn)?<入,故對于該工程項(xiàng)

目采用吸收式熱泵的熱經(jīng)濟(jì)性要高于壓縮式熱泵。故選吸收式熱泵為供熱熱泵。

采用8臺單機(jī)制熱量為25.4Mw(回水溫度55℃)的溴化鋰吸收式熱泵。單臺溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組額定設(shè)計(jì)工況技術(shù)參數(shù)如表1所示。

配置8臺熱泵,熱網(wǎng)回水為55℃時,2×350Mw機(jī)組總回收余熱量為80.1Mw。

3余熱回用系統(tǒng)

基于新型凝汽器的余熱回用系統(tǒng)如圖2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(jī)組0.4MPa、245℃供熱抽汽為驅(qū)動汽源,提取冷源余熱。2×85t/h供熱抽汽經(jīng)減溫后進(jìn)入熱泵,凝結(jié)成水,溫度80℃。通過閉式凝結(jié)水箱回收后,由熱泵站內(nèi)凝結(jié)水泵送至熱網(wǎng)疏水管道:11500t/h熱網(wǎng)回水首先進(jìn)入熱泵一級加熱,水溫由55℃加熱到70.18℃,再經(jīng)熱網(wǎng)換熱器二次加熱后對外供熱。

圖2余熱回用新型凝汽器供熱系統(tǒng)

13280t/h冷源余熱進(jìn)入熱泵,提取余熱后,熱泵循環(huán)工質(zhì)從30℃降為24.8℃,進(jìn)入凝汽器吸熱升溫后再進(jìn)入熱泵,完成一次熱泵一凝汽器一熱泵的閉式循環(huán)。

4冷源余熱回用經(jīng)濟(jì)性分析

廊坊市區(qū)集中供熱面積:2013年為1954.52萬m2(978Mw)、2015年為2244.03萬m2,預(yù)計(jì)2020年為2478萬m2。擬建設(shè)兩臺35萬kw供熱機(jī)組為市區(qū)采暖供熱主熱源(供熱能力約為660Mw),保留現(xiàn)有8座鍋爐房作調(diào)峰熱源(309.2Mw)。城市綜合采暖熱指標(biāo)暫按45w/m2(含5%管網(wǎng)損失),供暖室外設(shè)計(jì)溫度1w=-9℃,室內(nèi)計(jì)算溫度1n=18℃。在某一室內(nèi)溫度下,供熱建筑面積不變,采暖熱指標(biāo)是隨著室外環(huán)境溫度的變化而變化的。

4.1年采暖熱負(fù)荷

廊坊市供暖室外設(shè)計(jì)溫度1w=-9℃,室內(nèi)計(jì)算溫度1n=18℃。在某一室內(nèi)溫度下,供熱建筑面積不變,采暖熱指標(biāo)是隨著室外環(huán)境溫度的變化而變化的。某一室外溫度下的供暖熱負(fù)荷,其大小為:

式中,Q'為在室外溫度1w'下供暖熱負(fù)荷(Mw):Qmax為熱網(wǎng)最大熱負(fù)荷(Mw):1w為供暖室外溫度(℃):1w'為某一室外溫度(℃):1n為室內(nèi)溫度(℃)。

2016、2018及2020全年采暖總熱負(fù)荷與環(huán)境溫度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示。

圖3中全年采暖總熱負(fù)荷除與環(huán)境溫度有關(guān)外,還與室外溫度延續(xù)小時數(shù)及小時熱負(fù)荷有關(guān)。

4.2抽汽參數(shù)

供熱抽汽參數(shù)為0.4MPa/245℃,額定抽汽流量為2×550t/h。根據(jù)北方供熱電廠調(diào)研結(jié)果,35萬kw機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行抽汽流量一般維持在2×450t/h。本著從實(shí)際出發(fā)的原則,抽汽流量按2×450t/h進(jìn)行分析。其他設(shè)計(jì)條件如表2所示。

4.3供熱參數(shù)

供回水溫度:120/55℃:熱網(wǎng)循環(huán)水量:10585t/h:國電廊坊熱電廠出口工作壓力(圍墻外1m):1.35MPa<1.6MPa:國電廊坊熱電廠首站回水壓力:0.30MPa:供回水壓差:1.1MPa:考慮換熱首站換熱器阻力及內(nèi)部管網(wǎng)、廠區(qū)管網(wǎng)及計(jì)量裝置阻力損失0.25MPa,電廠熱網(wǎng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程為1.35MPa。

4.4熱經(jīng)濟(jì)性分析

設(shè)鍋爐效率:93%;管道效率:98%;熱網(wǎng)效率:98%;供熱廠用電:5kw·h/GJ;發(fā)電煤:315g/kw·h;標(biāo)準(zhǔn)煤co2、so2排放量分別為2.95t、0.026t。

熱網(wǎng)加熱器和熱泵聯(lián)合運(yùn)行時,比較熱網(wǎng)回水溫度分別為55℃和50℃供熱運(yùn)行參數(shù)及計(jì)算結(jié)果,如表3所示。

不同供熱工況,熱網(wǎng)回水溫度分別為55℃、50℃時,回收余熱量與熱網(wǎng)水量間的變化關(guān)系如圖4所示。

熱網(wǎng)加熱器方案、熱泵＋熱網(wǎng)加熱器方案以供熱量、發(fā)電量相同進(jìn)行比較。利用等效熱降理論,通過對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)的計(jì)算,獲得綜合效益相關(guān)參數(shù),如表4所示。

采用新型凝汽器技術(shù)與成熟的溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合,能夠最大限度回用機(jī)組冷源余熱。以機(jī)組正常長期運(yùn)行背壓為計(jì)算條件,所獲得的成效如下:

(1)回收機(jī)組余熱101.7Mw;

(2)每年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤2.95萬t,相當(dāng)于機(jī)組全年發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低8g/kw·h;

(3)二氧化碳和二氧化硫排放量分別減少8.7萬t和0.077萬t。

之所以有如此收益,主要是因?yàn)榻档土烁咂肺徽羝某槠?利用熱泵提高了低品位的冷源熱量,降低了機(jī)組煤耗率,增加了電廠的熱經(jīng)濟(jì)性。

5結(jié)論

(1)采用新型余熱回收型凝汽器及吸收式熱泵供熱系統(tǒng)后,機(jī)組的熱效率提高,供熱標(biāo)煤耗率降低。設(shè)計(jì)工況下,余熱回收能力為101.7Mw;

(2)全年發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低約8g/kw·h,節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤2.95萬t/年;

(3)二氧化碳和二氧化硫排放量分別減少8.7萬t和0.077萬t。

廊坊熱電廠機(jī)組基于濕冷機(jī)組的新型余熱回收型凝汽器所構(gòu)建的供熱熱網(wǎng),通過熱泵技術(shù),將冷源熱量加以回收利用,增加了供熱量,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排。