某电厂300MW机组循环水余热利用项目节能效益分析

周崇波， 郭 栋， 任怀民， 王晓霞

（1.华电电力科学研究院，浙江杭州3100 30；2.杭州华电能源工程有限公司，浙江杭州3100 30；3.华电能源股份有限公司佳木斯热电厂，黑龙江佳木斯1540 00）

0 引言

近年来，热泵技术应用于火电厂循环水余热利用节能改造方兴未艾，该技术即利用大型吸收式热泵机组将火电厂原向外散失的循环冷却水余热回收，并用于市政供热[1]，从2009年至今，类似节能改造项目先后在内蒙古、新疆、黑龙江、山西等地区投产运营并取得了良好效果[2～4]，而且这些节能改造项目往往按照目前兴起的合同能源管理模式进行建设、运营，即由节能服务公司统一完成整个节能改造过程，其投资回收及合理利润由产生的节能效益来支付[5]，所以节能效益测算结果是合同能源管理项目确认项目收益的重要基础数据，事关重大。本文针对某电厂300 MW机组循环水余热回收利用项目，探讨分析供热需求在超出现有热源供热能力与未超出现有热源供热能力两种情况下的节能测算方法，并根据某电厂300 MW机组余热利用项目的实际情况，详细分析其节能效益，为火电厂循环水余热利用项目，特别是300 MW等级机组的节能效益测算提供参考。

1 供热需求超出现有热源供热能力时的节能测算

若供热面积增加到一定数量，现有热源（即原电厂两台300 MW主机）的供热能力达到饱和后，新增供热面积可由余热利用项目新增的热泵系统接带。热泵系统的节能收益来源于提取循环水余热量的效益，而成本构成的计算包括常用算法和全厂能量算法两种方式，常用算法中将热泵系统和主机系统各自独立考虑，把提高背压造成主机系统能耗增大作为热泵系统的主要成本之一；而全厂能量算法将热泵系统与主机系统合并考虑，把投入热泵前后全厂排放热量差（即凝汽器热负荷差）作为主要成本之一。

以下通过能量守恒定理对两种算法在学理上的一致性进行分析说明。

根据燃煤机组供热电厂的能量分布，燃煤热量通过锅炉系统加热给水至高压高温蒸汽进入汽轮机组，这些能量一部分用于发电，一部分用于供热，而剩余部分通过凝汽器经由循环水排放到外界散失。

投入热泵前，全厂的能量分布示意图，如图1所示。

图1 投入热泵系统前全厂能量分布示意图

根据能量守恒定理：

式中 Q—燃煤输入的总热量，kW；

Q1—发电负荷，kW；

Q2—供热负荷，kW；

Q3—全厂系统向外散失的热量，kW。

投入热泵系统后，全厂（包括热泵机组）的能量分布示意图如图2所示。

图2 投入热泵系统后全厂能量分布示意图

根据能量守恒定理：

式中 ΔQ1—投入热泵系统后背压影响主机负荷，kW；

Qy—热泵系统提取的余热量进入热网的能量，kW；

Q3′—全厂系统（包括热泵机组）向外散失的热量，kW；

投入热泵系统前后，全厂燃煤输入热量一致，根据式（1）、式（2）两式，可以得到：

由此，投入热泵系统前后全厂（包括热泵机组）向外散失的热量差值为：

从以上（4）式不难看出，投入热泵系统前后全厂对外散失的热量差值与热泵系统提取的循环水余热量与主机背压提高影响发电负荷能量差值是一致的，这说明了两种算法在计算方式上不同，但在学理上是统一的。

下面以2012年采暖季的某一试验工况点分别采用以上两种方式进行分析论证。试验工况点保证接带热泵系统的主机在热泵运行工况与非热泵运行工况下对外抽汽量一致，即模拟对外供热量已超出主机热源供热能力，试验工况主要参数见表1。

表1 试验工况点主要参数

由表1可知，由于热泵系统投入后由于主机背压提高影响发电负荷为：

203 MW-198 MW=5 MW；

热泵运行工况下，由于提取循环水余热量90.2 MW，相应地整体系统（含热泵）向外排放热量为：

161.4 MW-90.2 MW=71.2 MW；

当采用常用算法时，试验工况点下的节能量为提取循环水余热量减去背压提高影响发电量，即：

90.2 MW-5 MW=85.2 MW；

当采用全厂能量算法时，试验工况点下的节能量为投入热泵系统前后向外排放的热量减少值，即：

156.1 MW-71.2 MW=84.9 MW；

由以上结果可知，在表计计量误差允许的范围内，两种计算方式的结果是一致的。

2 供热需求未超出现有热源供热能力时的节能测算

若供热面积增加较少，供热需求没有超出现有热源（即主机）供热能力，热泵系统提取的余热量将替代部分原采暖抽汽，这部分蒸汽将不再被抽出采暖，而是继续进入低压缸做功以获取更多的发电负荷，从而使得全厂发电煤耗降低，此时节能效益测算应以节省的耗煤量计算。

3 某电厂300 MW机组余热利用项目节能收益分析

图3 投入热泵系统后两个采暖季实际供热情况分析

图3列出了2011～2013年两个供暖季某电厂实际供热量与设计值的比较情况。由图3可以看出，最近的两个采暖季实际供热量最大瞬时值都在两台主机设计供热能力值以下，尚未超出现有热源的供热能力，此时，热泵系统投入后以替代部分原采暖抽汽，这部分蒸汽继续进入低压缸做功，降低主机的供电煤耗。

图4201 1～2013年某电厂300 MW机组平均每月供电煤耗情况

图4列出了投入热泵系统前后的2011～2013年某电厂全厂每月平均供电煤耗情况，从图4看出，2012年1月投入热泵系统后，2012年1～3月供暖期全厂每月平均煤耗较2011年同期相比降低了约10 g/kWh，2012年对热泵系统进行优化治理，2012年12月中旬投入运行后，2013年1～3月供暖期全厂每月平均煤耗较2012年同期相比又下降了约10 g/kWh，较2011年同期相比下降了约20 g/kWh；同时在非供暖期的5～9月，2012年较2011年仅略有下降，2012年与2013年基本持平。这充分说明了通过热泵系统接带热网基础负荷，不仅满足了供热需求，更能促进主机平均供电煤耗的降低，充分发挥了热泵系统在该电厂300 MW等级机组的节能作用。

4 结语

本文针对某电厂300 MW等级机组的循环水余热利用项目，探讨分析了供热需求超出和未超出现有两台主机供热能力两种情况下的节能效益测算方式，为采用合同能源管理等模式建设运营的节能改造项目提供了节能效益测算参考，并从某电厂300 MW机组余热利用项目实际情况出发，测算分析了热泵系统降低某电厂300 MW机组供电煤耗的节能成效，但是也应当看到若仅以煤耗降低量评估类似项目的节能收益，并不是热泵系统的全部设计初衷，也不能发挥热泵系统的最大潜力，同时将拉长项目的投资回收期，而应该争取更多的供热市场，从而使热泵系统潜在的社会效益、环境效益与经济效益得以全面体现。

[1]周崇波，赵明德，郑立军，等.新型带吸收式热泵热电联产机组的技术经济分析[J].现代电力，2012，29（2）：61～63.

[2]张世钢，付林，李世一，等.赤峰市基于吸收式换热的热电联产集中供热师示范工程[J].暖通空调，2010，40（11）：71～75.

[3]周崇波，俞聪，郭栋，等.大型吸收式热泵应用于火电厂回收余热供热的试验研究[J].现代电力，2013，30（2）：37～40.

[4]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，2011，53（6）：470～472.

[5]中国节能协会节能服务产业委员会.合同能源管理[M].北京：人民法院出版社，2012.