龍群力

（大唐略陽發(fā)電有限公司，陜西 略陽 724300）

0 引言

火電行業(yè)是我國耗能大戶。2011年全國火電機組裝機容量達到7.6億kWh，發(fā)電量達到38 975億 kWh，所消耗的標準煤超過 12億 t［1］。 提高我國燃煤火電機組的熱經(jīng)濟性、減少環(huán)境污染，對火電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

現(xiàn)代大型燃煤火電廠的能量轉(zhuǎn)換效率約為40%，60%左右的燃料熱量沒有被充分利用，而冷源損失占燃料熱量的50%左右［2］；大量的熱量隨汽輪機低壓缸排汽進入冷端系統(tǒng)，并排入大氣環(huán)境，既損失熱量、又造成熱污染。 隨著我國經(jīng)濟和社會的發(fā)展，城市化進程不斷加速，采用熱泵技術(shù)回收火電廠廢熱用于城市供暖，既可提高火電廠的能量利用效率，又可提高居民的生活水平，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益［3－4］。

溴化鋰吸收式熱泵機組是利用溴化鋰溶液在某一條件下能強烈吸收水蒸汽，而在另一條件下又能釋放水蒸汽的特性來實現(xiàn)制熱［5］。與機械壓縮式熱泵相比，這種熱泵可利用蒸汽、熱水及高溫?zé)煔獾冉橘|(zhì)的高品位熱量，回收低品位余熱向外供熱，具有耗電量小、運行平穩(wěn)、安全可靠等優(yōu)點，所使用的工質(zhì)為溴化鋰溶液，無毒、無污染，沒有溫室效應(yīng)。

采用溴化鋰吸收式熱泵回收某電廠的循環(huán)冷卻水余熱用于居民區(qū)供暖，通過可行性分析及熱經(jīng)濟性分析，為該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用提供依據(jù)。

1 余熱回收方案設(shè)計

某電廠裝備兩臺330 MW凝汽式燃煤機組，在發(fā)電的同時向附近的居民小區(qū)供熱。該小區(qū)設(shè)計供暖面積為100 000 m2，設(shè)計熱負荷為6.11 MW。由于熱負荷較小，該廠供熱系統(tǒng)采用廠用汽經(jīng)混合式換熱器進行供暖，廠用汽壓力為0.5 MPa，熱網(wǎng)水流量為210 t/h，供水溫度為80℃，回水溫度為55℃，年耗汽量為25 000 t。該廠冷端系統(tǒng)為閉式循環(huán)水系統(tǒng)，冬季排汽壓力為5 kPa，凝汽器循環(huán)冷卻水的進口溫度為20℃，出口溫度為28℃。

根據(jù)該廠供熱系統(tǒng)的特點，設(shè)計如圖1所示的余熱回收系統(tǒng)。 系統(tǒng)采用廠用汽驅(qū)動溴化鋰吸收式熱泵回收循環(huán)冷卻水的熱量來加熱熱網(wǎng)回水向外供熱。 雖然廠用汽的壓力可達到0.5 MPa，但考慮到機組運行時廠用汽壓力的波動以及冬季循環(huán)冷卻水溫度可能較低，為保證系統(tǒng)運行可靠，系統(tǒng)采用單效溴化鋰吸收熱泵，其供熱系數(shù)COP為1.7。 熱泵的低溫?zé)嵩慈∽阅鞒隹谘h(huán)水，經(jīng)熱泵提取熱量后返回凝汽器入口。 原系統(tǒng)的廠用汽完全與熱網(wǎng)水混合，而余熱回收系統(tǒng)的廠用汽在熱泵內(nèi)放熱凝結(jié)后的疏水可直接回收至熱力系統(tǒng)。對該系統(tǒng)進行熱力計算，其結(jié)果如表1所示。

圖1 某電廠余熱回收系統(tǒng)

表1 供熱系統(tǒng)熱力計算結(jié)果

由表1可知，采用溴化鋰吸收式熱泵后，供熱系統(tǒng)的耗汽量從8.53 t/h下降為5.39 t/h，節(jié)約加熱蒸汽36.8%，按照供熱系統(tǒng)每年運行3 000 h，年節(jié)約廠用汽9 420 t。

2 熱經(jīng)濟性分析

原混合換熱系統(tǒng)采用廠用汽加熱，廠用汽與熱網(wǎng)水混合后供給用戶。根據(jù)等效熱降理論［6］，在主蒸汽流量不變的條件下汽輪發(fā)電機的功率減少值

式中：ΔNd為混合換熱系統(tǒng)采用廠用汽加熱機組功率減小值，kW；DT為混合加熱系統(tǒng)耗汽量，kg/s；hT為廠用汽焓值，kJ/kg；hn為汽輪機低壓缸排汽焓值，kJ/kg；ηjx、ηdj分別為機械效率及電機效率。

采用圖1所示的方案后，廠用汽在熱泵內(nèi)放熱凝結(jié)后的疏水可直接回收至熱力系統(tǒng)。設(shè)該疏水進入4號低加出口凝結(jié)水管道，則根據(jù)等效熱降理論［6］，在主蒸汽流量不變的條件下汽輪發(fā)電機的功率減少值

式中：ΔN′d為熱泵系統(tǒng)加熱機組功率減小值，kW；D′T為熱泵加熱系統(tǒng)的耗汽量，kg/s；τj為 j號低加的加熱焓升，kJ/kg；ηj為 j級低加的抽汽效率；ts為回水溫度，℃；t4為4號低加出水溫度，℃；cp為水的質(zhì)量定壓熱容，取 4.1 868 kJ/（kg·℃）。

設(shè)機組的發(fā)電煤耗率為b0，則采用這兩種系統(tǒng)，機組年發(fā)電煤耗量增加值分別為

式中n為供熱系統(tǒng)年運行小時數(shù)，取3000h。

根據(jù)上述公式，對這兩種系統(tǒng)進行熱經(jīng)濟性計算，其結(jié)果見表2。

表2 供熱系統(tǒng)熱經(jīng)濟性計算

由表2可知，采用溴化鋰吸收式熱泵后，供熱系統(tǒng)的耗煤量從987.9 t/a下降為543.6 t/a，每年節(jié)約標準煤444.3 t。

3 結(jié)語

分析了某電廠采用溴化鋰吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱用于供暖系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性。研究表明，將現(xiàn)有的混合換熱系統(tǒng)改造為采用溴化鋰吸收式熱泵的供熱系統(tǒng)，利用蒸汽驅(qū)動熱泵回收循環(huán)水余熱向外供暖，可節(jié)約加熱蒸汽36.8%，每年節(jié)約加熱蒸汽9 420 t，節(jié)約標準煤444.3 t，具有良好的節(jié)能減排效果。

［1］ 中電聯(lián)統(tǒng)計信息部.中電聯(lián)發(fā)布全國電力工業(yè)統(tǒng)計快報（2011年 ）.http：//tj.cec.org.cn/tongji/niandushuju/2012-01-13/78769.html.

［2］ 嚴俊杰，黃錦濤，張凱，等.發(fā)電廠熱力系統(tǒng)及設(shè)備［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2003.

［3］ 王力彪，李染生，王斌，等.基于吸收式熱泵的循環(huán)水余熱利用技術(shù)在大型抽凝機組熱電聯(lián)產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.汽輪機技術(shù)，2011（6）：470-472.

［4］ 吳星，付林，胡鵬.電廠循環(huán)水供熱技術(shù)的研究與應(yīng)用［J］.區(qū)域供熱，2008（4）：4-7.

［5］ 吳業(yè)正，韓寶琦.制冷原理及設(shè)備［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2004.

［6］ 林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論［M］，西安：西安交通大學(xué)出版社，1994.