论文部分内容阅读
摘要：电厂循环冷却水中含有大量的低位热能，采用热泵技术，可以将这部分热能回收利用。结合实际，分析了热泵技术在热电厂余热利用中的实际应用，通过此项技术，能将长海发电的循环水原来放散到环境中去的大量低温余热回收，从而达到节能减排的目的。
关键词：火力发电厂；余热利用；热泵技术
中图分类号：F407文献标识码： A
工程概况
南海长海发电有限公司（以下简称长海发电）除氧器补充的除盐水，一部分直接进入凝汽器预热；另外一部分经过轴封加热器的预热，温度提升为30℃左右进入除氧器，总流量平均在220吨每小时。利用清华同方的低温余热回收技术，能将长海发电的循环水原来放散到环境中去的大量低温余热回收，通过余热回收机组以用于补水的预热，可以代替一部分除氧器耗用的蒸汽。能将每小时220吨的补水从30℃预热到75℃再送入低压除氧器，共可回收余热4.74兆瓦，年回收余热折合公司外供蒸汽（300℃左右，压力为1.0MPa，焓值约在3051kJ/kg的过热蒸汽）30761吨，从而达到节能减排的目的。
一、热泵及其工作原理
1、热泵的组成
热泵是一种能使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置。文中所涉及的水源热泵系统主要由3部分组成：（1）热泵的驱动能源（电能）和驱动装置（电机、发动机等）；（2）热泵的工作机；（3）低位热源（低温水）。火电厂循环冷却水中的余热利用中，采用水源热泵，从冷却水余热中抽取热量加热工质，从而减少燃煤的消耗，提高系统的热利用率，达到节能减排的目的。
2、热泵的工作原理
根据热力学第二定律，热量不会自发地从低温物体传导到高温物体，而不引起其他变化。所以在热泵工作过程中，需要消耗一部分高品位能量，将热量从低温热源中抽取再传导至高温热源。假设在热泵工作中，从低温热源吸收的热量为Q2，热泵的功耗为W，则热泵向高温热源输出的总热量为Q1=Q2+W。热泵的工作效率可由性能因数（C）或者供热因数来评价（其中：C＝Q1／W）。在冬季热泵供热运行时，当冷凝温度一定时，热泵性能系数C取决于低位热源温度的高低，热泵供热量Q1则与流量和对应温差有关。当冷凝温度一定时，如果热源的平均温度提高5-10℃，热泵装置的效率可以提高10%-15%。可见在火力发电厂冷却循环水中采用热泵技术对余热进行回收利用，对于电厂节能有重大意义。
二、电厂的热力网
1、工艺现状
除氧器的补充除盐水及其现有预热方式50MW#1抽凝机组自带一台220吨高温高压煤粉炉，除盐水直接补入凝汽器；75MW#2背压机组自带一台670吨高温高压煤粉炉，除盐水补入低压除氧器，补充量平均在220t/h；#8、#9、#10、#11四台25MW抽凝机组各带一台130吨中温中压煤粉炉，除盐水直接补入凝汽器；6MW#5背压和12MW#7背压机组作为调峰用，除盐水补入25MW机组，也即除盐水直接补入凝汽器。75MW#2背压机组除氧器补水来自化学车间，25℃的除氧器补水经过背压的轴封加热器的预热，温度达到30℃，再补充进低压除氧器。除氧器补水量平均在220t/h。低压除氧器的进汽为汽轮机乏汽（1.0Mpa，300℃的过热蒸汽）经减压至0.15-0.2Mpa，温度为300℃（焓值为3072KJ/Kg左右）的低压蒸汽，进汽量为60t/h左右。低压除氧器的出水温度为100℃左右。
原工艺流程图如下：
2、余热资源现状
长海发电最主要的余热资源就是循环冷却水。长海发电采用开式循环冷却水系统，冷却水源来自河水。50MW#1抽凝机组的循环冷却水，冬季最低流量为2000t/h，夏季流量为7000t/h。循环水冬季入河最低温度为23℃，出入河温差在12℃左右。据记录资料，循环水量冬季最小值为2000t/h，循环水出入河温差在5℃以上。根据上述数据可计算余热资源量为ΔQ=4.1868MJ/t•℃×2000t×5℃/3600s=11.6MW。可见公司的余热资源还是很可观的。
三、技术方案
在火力发电厂有关热泵改造中，多采用热电-热泵联合循环。这种循环是指利用热泵装置将低品质的循环冷却水中的余热提升为高品质的可供用户利用的热能后，输送到需要用能的场所，即将热电正循环和热泵逆循环联合起来。
余热回收系统的流程为：用长海发电1.0MPa的低压过热蒸汽减 压至0.8MPa作为余热回收机组的驱动热源，从夏季为30℃、冬季不低于23℃的循环水（凝汽器出口）中提取热量，来给从水处理车间出来的30℃的除盐水加热到近75℃后再进入除氧器。流程图如下所示：
具体步骤如下：
(1)将220t/h除盐水从30℃提升到75℃，预热除盐水的所需的最大尖峰负荷为Q=4.1868MJ/t·℃×220t/h×45℃/3600s=11.5MW
(2)根据吸收式热泵的技术特点及公司的余热水条件，应将预热过程分成两部分，前后串联逐级升温：第一级升高到52℃，第二级升高到75℃。这样做，第一级预热机组设计采用较低温度的余热水，基本可保证常年运行，第二级预热机组余热水设计温度较高，保证在冬季以外余热水温度较高的条件下制得75℃的热水，在冬季时制得接近75℃的热水。
(3)由化水车间出来的除盐水母管接入余热回收机组所在的机房，补水加热后再通过母管分别进入各个低压除氧器。
设计目的：采用同方的余热回收技术，回收电厂循环冷却水的低品位余热，以提高进除氧器前的除盐水补水的温度（由30℃提高到近75℃），从而有效減少除氧器抽汽加热的蒸汽消耗量，而节省的蒸汽可以用来对外供送。
该节能项目的优势在于：（1）回收大量通常技术难以利用的低温余热，并有效减少了温度较低的除盐补水直接补进温度较高的除氧器、再用较高品位蒸汽加热所带来的热能损失，提高了电厂的整体热效率；（2）余热回收设备即便万一出现故障也只影响节能，对凝汽器和除氧器均无直接影响。
四、运行效益分析
按余热回收机组年运行5500h计算。
机组余热回收总量为4.74MW。
公司蒸汽价格：（300℃左右，压力为1.0MPa的过热蒸汽，焓值约在3051kJ/kg）市场公允价格200元/吨。
1、产生的效益1—回收余热的效益
年回收余热：4.74MW×5500h=26070×103kWh
按等量热值1kWh=3600kJ
则年节省蒸汽(26070×103×3600)/(3051×1000)=30761t
由此带来的效益为：30761×200=6152200元=615万元
2、产生的效益2—余热回收机组消耗蒸汽的凝结水回收
余热回收机组所消耗的蒸汽，其凝结水几乎没有污染，可充分回收至电厂热力循环中。此项节能收益暂时也不考虑。
3、运营成本：226万元/年
4、投资经济分析
总投资额：1334万元
每年的节能收益：615万元
每年的运营成本为：226万元
则每年的节能净收益为：389万元
则项目静态回收期为：1334/389=3.43年
由以上经济分析可见：公司实施同方的余热回收技改，将原本排放到环境中的低温余热有效回收，并将其应用于除盐水的预热，可回收余热4.74MW。
结论
通过对该热电厂余热回收利用实际的分析，可以得到以下结论：
1、在火力发电厂余热利用与热泵改造中，采用热泵技术可以有效提高一次能源的使用率，促进节能减排，实现环境效益。
2、此项技术需要一定的初投资，且对相关设备进行改造，需要结合电厂的实际生产情况和效益，但是此项技术仍具有很广阔的发展前途。
3、此项技术可以促进电厂机组的稳定运行，同时有利于缓解电厂供电供热压力。
4、由于热泵对其所需低位热源的能源品位要求不高，所以理论上，此项技术在电厂生产过程中，对大部分产生的余热均可实现有效回收利用，但是其环境效益、经济效益、工程意义需要进一步的计算和实践。
参考文献
[1]刘学飞.热泵技术在火电厂节能应用的探讨[J].冶金动力，2010年.
[2]冉春雨，李阳，王春青.电厂冷却水余热用于住宅供热的讨论[J].环境工程，2009年.
[3]苏保青，用热泵回收电厂冷凝热集中供热技术研究[J].山西能源与节能，，2007年.
关键词：火力发电厂；余热利用；热泵技术
中图分类号：F407文献标识码： A
工程概况
南海长海发电有限公司（以下简称长海发电）除氧器补充的除盐水，一部分直接进入凝汽器预热；另外一部分经过轴封加热器的预热，温度提升为30℃左右进入除氧器，总流量平均在220吨每小时。利用清华同方的低温余热回收技术，能将长海发电的循环水原来放散到环境中去的大量低温余热回收，通过余热回收机组以用于补水的预热，可以代替一部分除氧器耗用的蒸汽。能将每小时220吨的补水从30℃预热到75℃再送入低压除氧器，共可回收余热4.74兆瓦，年回收余热折合公司外供蒸汽（300℃左右，压力为1.0MPa，焓值约在3051kJ/kg的过热蒸汽）30761吨，从而达到节能减排的目的。
一、热泵及其工作原理
1、热泵的组成
热泵是一种能使热量从低温物体转移到高温物体的能量利用装置。文中所涉及的水源热泵系统主要由3部分组成：（1）热泵的驱动能源（电能）和驱动装置（电机、发动机等）；（2）热泵的工作机；（3）低位热源（低温水）。火电厂循环冷却水中的余热利用中，采用水源热泵，从冷却水余热中抽取热量加热工质，从而减少燃煤的消耗，提高系统的热利用率，达到节能减排的目的。
2、热泵的工作原理
根据热力学第二定律，热量不会自发地从低温物体传导到高温物体，而不引起其他变化。所以在热泵工作过程中，需要消耗一部分高品位能量，将热量从低温热源中抽取再传导至高温热源。假设在热泵工作中，从低温热源吸收的热量为Q2，热泵的功耗为W，则热泵向高温热源输出的总热量为Q1=Q2+W。热泵的工作效率可由性能因数（C）或者供热因数来评价（其中：C＝Q1／W）。在冬季热泵供热运行时，当冷凝温度一定时，热泵性能系数C取决于低位热源温度的高低，热泵供热量Q1则与流量和对应温差有关。当冷凝温度一定时，如果热源的平均温度提高5-10℃，热泵装置的效率可以提高10%-15%。可见在火力发电厂冷却循环水中采用热泵技术对余热进行回收利用，对于电厂节能有重大意义。
二、电厂的热力网
1、工艺现状
除氧器的补充除盐水及其现有预热方式50MW#1抽凝机组自带一台220吨高温高压煤粉炉，除盐水直接补入凝汽器；75MW#2背压机组自带一台670吨高温高压煤粉炉，除盐水补入低压除氧器，补充量平均在220t/h；#8、#9、#10、#11四台25MW抽凝机组各带一台130吨中温中压煤粉炉，除盐水直接补入凝汽器；6MW#5背压和12MW#7背压机组作为调峰用，除盐水补入25MW机组，也即除盐水直接补入凝汽器。75MW#2背压机组除氧器补水来自化学车间，25℃的除氧器补水经过背压的轴封加热器的预热，温度达到30℃，再补充进低压除氧器。除氧器补水量平均在220t/h。低压除氧器的进汽为汽轮机乏汽（1.0Mpa，300℃的过热蒸汽）经减压至0.15-0.2Mpa，温度为300℃（焓值为3072KJ/Kg左右）的低压蒸汽，进汽量为60t/h左右。低压除氧器的出水温度为100℃左右。
原工艺流程图如下：
2、余热资源现状
长海发电最主要的余热资源就是循环冷却水。长海发电采用开式循环冷却水系统，冷却水源来自河水。50MW#1抽凝机组的循环冷却水，冬季最低流量为2000t/h，夏季流量为7000t/h。循环水冬季入河最低温度为23℃，出入河温差在12℃左右。据记录资料，循环水量冬季最小值为2000t/h，循环水出入河温差在5℃以上。根据上述数据可计算余热资源量为ΔQ=4.1868MJ/t•℃×2000t×5℃/3600s=11.6MW。可见公司的余热资源还是很可观的。
三、技术方案
在火力发电厂有关热泵改造中，多采用热电-热泵联合循环。这种循环是指利用热泵装置将低品质的循环冷却水中的余热提升为高品质的可供用户利用的热能后，输送到需要用能的场所，即将热电正循环和热泵逆循环联合起来。
余热回收系统的流程为：用长海发电1.0MPa的低压过热蒸汽减 压至0.8MPa作为余热回收机组的驱动热源，从夏季为30℃、冬季不低于23℃的循环水（凝汽器出口）中提取热量，来给从水处理车间出来的30℃的除盐水加热到近75℃后再进入除氧器。流程图如下所示：
具体步骤如下：
(1)将220t/h除盐水从30℃提升到75℃，预热除盐水的所需的最大尖峰负荷为Q=4.1868MJ/t·℃×220t/h×45℃/3600s=11.5MW
(2)根据吸收式热泵的技术特点及公司的余热水条件，应将预热过程分成两部分，前后串联逐级升温：第一级升高到52℃，第二级升高到75℃。这样做，第一级预热机组设计采用较低温度的余热水，基本可保证常年运行，第二级预热机组余热水设计温度较高，保证在冬季以外余热水温度较高的条件下制得75℃的热水，在冬季时制得接近75℃的热水。
(3)由化水车间出来的除盐水母管接入余热回收机组所在的机房，补水加热后再通过母管分别进入各个低压除氧器。
设计目的：采用同方的余热回收技术，回收电厂循环冷却水的低品位余热，以提高进除氧器前的除盐水补水的温度（由30℃提高到近75℃），从而有效減少除氧器抽汽加热的蒸汽消耗量，而节省的蒸汽可以用来对外供送。
该节能项目的优势在于：（1）回收大量通常技术难以利用的低温余热，并有效减少了温度较低的除盐补水直接补进温度较高的除氧器、再用较高品位蒸汽加热所带来的热能损失，提高了电厂的整体热效率；（2）余热回收设备即便万一出现故障也只影响节能，对凝汽器和除氧器均无直接影响。
四、运行效益分析
按余热回收机组年运行5500h计算。
机组余热回收总量为4.74MW。
公司蒸汽价格：（300℃左右，压力为1.0MPa的过热蒸汽，焓值约在3051kJ/kg）市场公允价格200元/吨。
1、产生的效益1—回收余热的效益
年回收余热：4.74MW×5500h=26070×103kWh
按等量热值1kWh=3600kJ
则年节省蒸汽(26070×103×3600)/(3051×1000)=30761t
由此带来的效益为：30761×200=6152200元=615万元
2、产生的效益2—余热回收机组消耗蒸汽的凝结水回收
余热回收机组所消耗的蒸汽，其凝结水几乎没有污染，可充分回收至电厂热力循环中。此项节能收益暂时也不考虑。
3、运营成本：226万元/年
4、投资经济分析
总投资额：1334万元
每年的节能收益：615万元
每年的运营成本为：226万元
则每年的节能净收益为：389万元
则项目静态回收期为：1334/389=3.43年
由以上经济分析可见：公司实施同方的余热回收技改，将原本排放到环境中的低温余热有效回收，并将其应用于除盐水的预热，可回收余热4.74MW。
结论
通过对该热电厂余热回收利用实际的分析，可以得到以下结论：
1、在火力发电厂余热利用与热泵改造中，采用热泵技术可以有效提高一次能源的使用率，促进节能减排，实现环境效益。
2、此项技术需要一定的初投资，且对相关设备进行改造，需要结合电厂的实际生产情况和效益，但是此项技术仍具有很广阔的发展前途。
3、此项技术可以促进电厂机组的稳定运行，同时有利于缓解电厂供电供热压力。
4、由于热泵对其所需低位热源的能源品位要求不高，所以理论上，此项技术在电厂生产过程中，对大部分产生的余热均可实现有效回收利用，但是其环境效益、经济效益、工程意义需要进一步的计算和实践。
参考文献
[1]刘学飞.热泵技术在火电厂节能应用的探讨[J].冶金动力，2010年.
[2]冉春雨，李阳，王春青.电厂冷却水余热用于住宅供热的讨论[J].环境工程，2009年.
[3]苏保青，用热泵回收电厂冷凝热集中供热技术研究[J].山西能源与节能，，2007年.