电厂回收循环冷却水余热用于供暖的热经济性研究

龙群力

（大唐略阳发电有限公司，陕西 略阳 724300）

0 引言

火电行业是我国耗能大户。2011年全国火电机组装机容量达到7.6亿kWh，发电量达到38 975亿 kWh，所消耗的标准煤超过 12亿 t［1］。 提高我国燃煤火电机组的热经济性、减少环境污染，对火电行业的可持续发展具有重要意义。

现代大型燃煤火电厂的能量转换效率约为40%，60%左右的燃料热量没有被充分利用，而冷源损失占燃料热量的50%左右［2］；大量的热量随汽轮机低压缸排汽进入冷端系统，并排入大气环境，既损失热量、又造成热污染。 随着我国经济和社会的发展，城市化进程不断加速，采用热泵技术回收火电厂废热用于城市供暖，既可提高火电厂的能量利用效率，又可提高居民的生活水平，具有显著的经济效益和社会效益［3－4］。

溴化锂吸收式热泵机组是利用溴化锂溶液在某一条件下能强烈吸收水蒸汽，而在另一条件下又能释放水蒸汽的特性来实现制热［5］。与机械压缩式热泵相比，这种热泵可利用蒸汽、热水及高温烟气等介质的高品位热量，回收低品位余热向外供热，具有耗电量小、运行平稳、安全可靠等优点，所使用的工质为溴化锂溶液，无毒、无污染，没有温室效应。

采用溴化锂吸收式热泵回收某电厂的循环冷却水余热用于居民区供暖，通过可行性分析及热经济性分析，为该技术的工业应用提供依据。

1 余热回收方案设计

某电厂装备两台330 MW凝汽式燃煤机组，在发电的同时向附近的居民小区供热。该小区设计供暖面积为100 000 m2，设计热负荷为6.11 MW。由于热负荷较小，该厂供热系统采用厂用汽经混合式换热器进行供暖，厂用汽压力为0.5 MPa，热网水流量为210 t/h，供水温度为80℃，回水温度为55℃，年耗汽量为25 000 t。该厂冷端系统为闭式循环水系统，冬季排汽压力为5 kPa，凝汽器循环冷却水的进口温度为20℃，出口温度为28℃。

根据该厂供热系统的特点，设计如图1所示的余热回收系统。 系统采用厂用汽驱动溴化锂吸收式热泵回收循环冷却水的热量来加热热网回水向外供热。 虽然厂用汽的压力可达到0.5 MPa，但考虑到机组运行时厂用汽压力的波动以及冬季循环冷却水温度可能较低，为保证系统运行可靠，系统采用单效溴化锂吸收热泵，其供热系数COP为1.7。 热泵的低温热源取自凝汽器出口循环水，经热泵提取热量后返回凝汽器入口。 原系统的厂用汽完全与热网水混合，而余热回收系统的厂用汽在热泵内放热凝结后的疏水可直接回收至热力系统。对该系统进行热力计算，其结果如表1所示。

图1 某电厂余热回收系统

表1 供热系统热力计算结果

由表1可知，采用溴化锂吸收式热泵后，供热系统的耗汽量从8.53 t/h下降为5.39 t/h，节约加热蒸汽36.8%，按照供热系统每年运行3 000 h，年节约厂用汽9 420 t。

2 热经济性分析

原混合换热系统采用厂用汽加热，厂用汽与热网水混合后供给用户。根据等效热降理论［6］，在主蒸汽流量不变的条件下汽轮发电机的功率减少值

式中：ΔNd为混合换热系统采用厂用汽加热机组功率减小值，kW；DT为混合加热系统耗汽量，kg/s；hT为厂用汽焓值，kJ/kg；hn为汽轮机低压缸排汽焓值，kJ/kg；ηjx、ηdj分别为机械效率及电机效率。

采用图1所示的方案后，厂用汽在热泵内放热凝结后的疏水可直接回收至热力系统。设该疏水进入4号低加出口凝结水管道，则根据等效热降理论［6］，在主蒸汽流量不变的条件下汽轮发电机的功率减少值

式中：ΔN′d为热泵系统加热机组功率减小值，kW；D′T为热泵加热系统的耗汽量，kg/s；τj为 j号低加的加热焓升，kJ/kg；ηj为 j级低加的抽汽效率；ts为回水温度，℃；t4为4号低加出水温度，℃；cp为水的质量定压热容，取 4.1 868 kJ/（kg·℃）。

设机组的发电煤耗率为b0，则采用这两种系统，机组年发电煤耗量增加值分别为

式中n为供热系统年运行小时数，取3000h。

根据上述公式，对这两种系统进行热经济性计算，其结果见表2。

表2 供热系统热经济性计算

由表2可知，采用溴化锂吸收式热泵后，供热系统的耗煤量从987.9 t/a下降为543.6 t/a，每年节约标准煤444.3 t。

3 结语

分析了某电厂采用溴化锂吸收式热泵回收循环水余热用于供暖系统的热经济性。研究表明，将现有的混合换热系统改造为采用溴化锂吸收式热泵的供热系统，利用蒸汽驱动热泵回收循环水余热向外供暖，可节约加热蒸汽36.8%，每年节约加热蒸汽9 420 t，节约标准煤444.3 t，具有良好的节能减排效果。

［1］ 中电联统计信息部.中电联发布全国电力工业统计快报（2011年 ）.http：//tj.cec.org.cn/tongji/niandushuju/2012-01-13/78769.html.

［2］ 严俊杰，黄锦涛，张凯，等.发电厂热力系统及设备［M］.西安：西安交通大学出版社，2003.

［3］ 王力彪，李染生，王斌，等.基于吸收式热泵的循环水余热利用技术在大型抽凝机组热电联产中的应用［J］.汽轮机技术，2011（6）：470-472.

［4］ 吴星，付林，胡鹏.电厂循环水供热技术的研究与应用［J］.区域供热，2008（4）：4-7.

［5］ 吴业正，韩宝琦.制冷原理及设备［M］.西安：西安交通大学出版社，2004.

［6］ 林万超.火电厂热系统节能理论［M］，西安：西安交通大学出版社，1994.