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        一種利用電站乏汽余熱供暖方式的新方案

        2012-11-16 06:14:04勇,溫
        綠色科技 2012年9期
        關(guān)鍵詞:汽輪機系統(tǒng)

        張 勇,溫 高

        (內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué),內(nèi)蒙古 呼和浩特010000)

        1 引言

        我國工業(yè)能源利用率低,約為38%左右,與發(fā)達國家相比相差甚遠,所產(chǎn)生的余熱資源數(shù)量龐大,據(jù)國內(nèi)調(diào)查的不完全統(tǒng)計,各行各業(yè)的余熱資源約占其燃料消耗總量的20%~67%不等,可回收的余熱資源占余熱資源總量的60%左右,因此在注重節(jié)能減排,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟,走可持續(xù)發(fā)展道路的新時期,火力發(fā)電廠等大型工業(yè)企業(yè)的余熱再利用問題引起了人們的高度重視,研究開發(fā)有效利用大型工業(yè)企業(yè)余熱技術(shù)具有一定的意義,同時可以緩解能源危機。

        熱泵技術(shù)近幾年來發(fā)展勢頭迅猛,不僅在建筑節(jié)能上應(yīng)用廣泛,在利用工業(yè)余熱方面也被廣泛使用,其中最典型的就是使用在電站余熱供暖方面。最常用的方法是利用水源式熱泵吸收循環(huán)冷卻水的低品位余熱,但這對熱泵的要求很高。汽輪機做功后的乏汽是循環(huán)冷卻水熱量的來源,采用吸收式熱泵直接利用低品位乏汽熱能又能減少熱量的損失。本文提出在常規(guī)供暖基礎(chǔ)上,采用吸收式熱泵吸收利用汽輪機乏汽中的低溫余熱,實現(xiàn)供暖成本降低的一種方案。

        2 工作原理

        吸收式熱泵是一種能使熱量從低溫物體轉(zhuǎn)移到高溫物體的能量利用裝置,以消耗一部分溫度較高的高位熱能為代價,從低溫?zé)嵩次崃抗┙o用戶,從而提高熱能利用率,節(jié)約大量燃料。本文采用以溴化鋰為工質(zhì)的第一類吸收式熱泵,以水為制冷劑,以溴化鋰溶液為吸收劑。水在常壓下100℃沸騰、蒸發(fā),在5mmHg真空狀態(tài)下4℃時蒸發(fā);溴化鋰溶液是一種極易吸收水(蒸汽)、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的物質(zhì),在溫度越低、濃度越高時吸收能力越強。溴化鋰吸收式熱泵就是利用此性質(zhì)。水在蒸發(fā)器中吸收熱源水的熱量蒸發(fā)變成蒸汽,被溴化鋰濃溶液在吸收器中吸收變成稀溶液,同時放出吸收熱,實現(xiàn)水的一次升溫;稀溶液被送到再生器,被高溫?zé)嵩醇訜釢饪s成濃溶液,進入吸收器。再生器產(chǎn)生的水蒸汽進入冷凝器與溫水換熱,冷凝成水進入蒸發(fā)器;溫水在冷凝器中被加熱實現(xiàn)二次升溫,如此反復(fù)循環(huán)。

        3 方案說明

        3.1 方案介紹

        本方案中,吸收式熱泵將以蒸汽為驅(qū)動熱源,吸收汽輪機乏汽中的低溫余熱,生產(chǎn)高溫?zé)崴瑵M足用戶的供暖需求。

        基本工藝流程為:從蒸汽輪機抽出0.4MPa的過熱蒸汽,通過減溫器變?yōu)轱柡驼羝螅?jīng)過分汽缸驅(qū)動各臺吸收式熱泵;汽輪機乏汽不再直接進入冷凝器冷卻,而是通過管道進入各臺吸收式熱泵,在熱泵中釋放熱量后冷凝為水,然后再進行冷卻至要求溫度;熱網(wǎng)循環(huán)水回水進入吸收式熱泵組后吸熱升溫,然后再經(jīng)汽水換熱器升溫,最后入戶,如此循環(huán)。

        本項目供暖系統(tǒng)的基本組成部分包括:吸收式熱泵系統(tǒng)和原汽水換熱系統(tǒng)。

        3.2 基本參數(shù)設(shè)定

        設(shè)定某2×300MW熱電廠的供暖首站的供回水溫度為115/55℃。該溫度是吸收式熱泵無法達到的,因此考慮二級換熱的方式,先使用吸收式熱泵將55℃的回水提升至85℃,然后再使用原有的汽水換熱器繼續(xù)提升至115℃。假設(shè)該方式下,二級管網(wǎng)供暖工況與原系統(tǒng)相同,不受影響。電廠單臺汽輪機最大抽汽量為520t/h,因此本方案所做系統(tǒng)蒸汽總耗量須小于520t/h,即吸收式熱泵機組耗氣量和原汽水換熱機組耗氣量的和應(yīng)小于520t/h。設(shè)定單臺汽輪機組乏汽量為149.1t/h,吸收式熱泵系統(tǒng)所能處理的水量為5901m3/h,這些乏汽可提供的余熱量為100MW。同時汽水換熱系統(tǒng)負(fù)責(zé)將該循環(huán)水由85℃加熱至115℃。

        據(jù)此計算,選取了如下吸收式熱泵機組和汽水換熱系統(tǒng),其系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)見表1、表2所示。

        3.3 工藝流程

        某2×300MW熱電廠,改造方案共使用3×2臺吸收式熱泵設(shè)備,基本工藝流程按圖1所示。

        表1 單臺汽輪機組的吸收式熱泵系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

        表2 單臺汽輪機組的汽水換熱系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

        圖1 單臺汽輪機組的吸收式熱泵系統(tǒng)工藝流程

        4 可行性分析

        4.1 機組投資估算

        方案中使用吸收式熱泵機組,采用國外技術(shù)部分材料進口,有著雄厚的技術(shù)和質(zhì)量的保障,因此將6臺機組成本估算為13170萬元,其中包含運輸費用,車板交貨。

        4.2 工程項目投資

        由于整個工程項目包括機房的建設(shè)、管網(wǎng)建設(shè)及末端建設(shè),項目規(guī)模較大,投資額定較高,涉及數(shù)目較大,故在計算投資回報時僅比較熱泵機組報價部分。

        4.3 經(jīng)濟效益分析

        筆者以傳統(tǒng)方案和本改造方案做節(jié)能比較,但只針對本方案和純汽水換熱系統(tǒng)作了基本的計算。在方案中真正節(jié)能的部分是吸收式熱泵系統(tǒng),即低溫段(55~85℃)這一工作區(qū)間,而高溫段(85~115℃)區(qū)間均是由汽水換熱機組完成,是不節(jié)能的。在實際的供暖中,不論供暖初期還是峰期,低溫段都是需要保證的,所以吸收式熱泵系統(tǒng)一直處于滿負(fù)荷工作的狀態(tài),因此只進行低溫段汽耗的對比,即可得出該供暖季的蒸汽節(jié)省量。比較結(jié)果如表3所示。

        表3 單臺汽輪機機組的供暖系統(tǒng)經(jīng)濟效益計算

        4.4 環(huán)境效益分析

        采用吸收式余熱熱泵機組系統(tǒng),不僅節(jié)省了鍋爐的燃料運輸、設(shè)備維護等費用,同時解決了鍋爐污染物排放對環(huán)境造成的大氣污染問題,循環(huán)水余熱利用可取得很好的環(huán)保效應(yīng)和經(jīng)濟效應(yīng),符合當(dāng)前節(jié)能減排的戰(zhàn)略方針。

        5 結(jié)語

        經(jīng)過分析單以單臺汽輪機組而言:①要達到相同的供暖面(823萬m2),較純汽水換熱系統(tǒng),本方案每年可節(jié)省蒸汽(0.4MPa、246℃)計50萬t;②使用相同量的蒸汽(520t/h),較純汽水換熱系統(tǒng),新方案每年額外增加供暖面積206萬m2;③兩臺汽輪機組所配備的吸收式熱泵系統(tǒng)相同,因此有著相同的投資和經(jīng)濟效益。除此之外,采用吸收式余熱熱泵機組系統(tǒng)優(yōu)勢明顯:①系統(tǒng)簡單、加熱溫度穩(wěn)定可靠;②熱泵系統(tǒng)非滿負(fù)荷運轉(zhuǎn)時,效率高于額定值,節(jié)能效果更好;③操作管理方便、維護費用低、設(shè)備壽命長,可達25年;④節(jié)能減排,符合國際趨勢,能夠樹立節(jié)能減排標(biāo)桿工程。

        [1] 徐邦裕,陸亞俊,馬最良.熱泵[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1988.

        [2] 王東鵬,任 兵.電廠余熱的分析與探討[J].科技之友,2010(12):3~4.

        [3] 蘇保清.用熱泵回收電廠冷凝熱集中供暖技術(shù)研究[J].山西能源與節(jié)能,2007,9(3):18~19.

        [4] 郭小丹,胡三高,楊 昆,等.熱泵回收電廠循環(huán)水余熱利用問題研究[J].現(xiàn)代電力,2010,4(2):58~61.

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