电厂循环冷却水废热利用

【摘 要】 介绍了在抚顺热电厂方案设计阶段，为了满足该工程在冬季采暖期大面积的热负荷需求，拟采用循环冷却水作为低位热源、利用热泵技术升温后供热的一种城市集中供热的新形式。通过系统的拟定、详细的计算、理论数据的分析，对采用该技术的经济性以及将会给电厂带来的节能效益和环保效益与传统方式的供热进行比较，从而得出利用循环冷却水废热供热的技术在本工程上的应用优势。

【关键词】 循环水废热利用 采暖供热 节能 环保

自改革开放以来，中国经济迅猛发展，但与此同时我们也不得不面对这样一个现实，当下中国经济成果的取得一定程度上是以牺牲不可再生资源及环境的污染为代价换来的，由此产生了经济发展的可持续性问题。“节能减排”政策方针正是基于我国目前所面临的经济可持续性发展因素、环境因素、国际政治因素而制定，是一项利国利民的政策。

目前我国大部分热电厂普遍采用大容量的抽凝式汽轮发电机组，即使在冬季最大供热工况下，也会有占电厂总能耗近五分之一的热量由循环水（一般通过冷却塔）排放到环境。如果利用热泵节能技术将这些余热加以利用，回收汽轮机的排汽冷凝热，用以给城市采暖水加热，提供生活区的供暖。从而实现废热利用，达到节能减排的目标。

1 工程概况

抚顺热电厂是在抚顺市建设的热电联产项目。本工程总装机容量拟为2×1025t/h循环流化床锅炉+2×300MW抽凝发电机组。

本工程为抚顺市西部地区集中采暖提供热源。

根据抚顺市建筑围护结构的特点及抚顺市气象条件，参照《城市热力管网设计规范》推荐的各类建筑物采暖热指标及《抚顺市城市总体规划修编（2010～2020）》确定采暖热指标：

现有建筑采暖热指标：56W/m2；新增建筑采暖热指标：45W/m2。

本期工程采暖面积为：1800×104m2。现有建筑面积1150×104m2。采暖热指标：56W/m2，采暖热负荷为：644MW；新增建筑面积650×104m2。采暖热指标：45W/m2。采暖热负荷为：292.5MW，采暖总负荷为：936.5MW。

本工程设计煤种为老虎台矿原煤和东露天矿油页岩的混合燃料，其中原煤比例为78%，油页岩比例为22%。校核煤种为老虎台原煤和油页岩的混合燃料，其中原煤比例为71%，油页岩比例为29%。

1.1 供热系统

本工程供回水温度为110/60℃，热电厂采用三环制供热方式，在电厂首站内#1、#2机组用0.981MPa，345.6℃蒸汽沿程损失至0.8829MPa、340℃，通过热泵机组和汽水换热器串联运行方式将60℃外热网回水加热到110℃后外供市区采暖。外热网高温水通过各换热站将用户50℃采暖回水加热到70℃，再送到采暖用户。三环网供热示意见图1。

本工程为有效回收利用冷凝热余热，拟采用某热泵厂家的10台溴化锂吸收式热泵，提取循环水中的冷凝热，减少冷却塔耗水量，节能降耗。电厂循环水与目前常用的热泵热源相比，具有热量巨大、温度适中而稳定、水质好、安全环保等优点，是一种优质的热泵低位热源。以电厂循环水作为热泵低位热源进行供热，可以方便灵活的实现供热量与用户需求之间的“质”与“量”的匹配，也不会对发电厂原热力系统产生较大影响。因此对于大型机组来说，采用热泵技术是回收利用电厂循环水余热进行供热的一种较为理想的方式。而溴化锂的应用类似于热声效应的应用，其制热设备特点也类似于热声发动机，如无运动部件、运行时基本无噪声和震动、环保、易于维护、运转可靠安全等，都开创了节能降耗的新途径。

1.2 供热系统计算

本工程采用的吸收式热泵依靠部分的汽轮机抽汽驱动，回收28.5℃～38.5℃的余热，升温成60℃以上的高品质热源。其能效比率（COP）根据热泵厂提供的资料，暂按1.67，即用驱动抽汽为1的热功率可以吸收0.67的废热功率，从而产生1.67的供热效率。

本工程装机容量为两台300MW亚临界抽凝机组，按照本工程的设计热负荷情况，每台汽轮机的最大抽汽量为550t/h，除去各种自用汽约20～30t/h，实际供热用抽汽量约为520～530t/h。采暖期的冷却塔循环冷却水流量最大为19500t/h，温度为28.5℃～38.5℃（热泵厂家根据热网回水温度60℃确定）；溴化锂吸收式热泵可将热网首站供热回水从60℃加热到82℃（热泵厂家提供经验数值），再由汽水换热器加热至要求的热网出水温度110℃。

根据现有汽水条件，先列出焓值表，见表3-1。

本工程采暖期的最大循环冷却水量为19500t/h，温度为28.5℃～38.5℃，根据焓值表，计算得热功率最大为：（161.41-119.62）×19500÷3600=226.36MW。

本工程采暖总负荷为936.5MW，折合成参数110℃放热至60℃的热网水水量，计算如下：Q=936.5×3600÷（461.44-251.15）=16032.4t/h。（注：1kWh=3600kJ）故单台机组的热网水量为8016.2t/h。

本工程的热网系统流程是将热网首站供热回水用溴化锂吸收式热泵从60℃加热到82℃，然后再用汽水换热器继续从82℃加热到热网出水温度110℃。由理论得出，在加热温度范围一定及循环冷却水水量足够的前提下，热网系统供热水流量越大，所能吸收的废热越多，从实际来说，设计热负荷已确定，则热网水流量也就确定，必须满足此供热需求，所以按吸收式热泵在热网最大供热流量8016.2t/h时进行测算是较为合理的。

如图3-2所示，以下为单台机组热量转换的计算。设汽轮机抽汽量pt/h，吸收式热泵所需驱动蒸汽流量为xt/h，热泵冷凝水为103.6℃，热泵的COP为1.67；汽水换热器热源蒸汽流量为yt/h，换热器冷凝水为125℃；循环冷却水流量为zt/h，吸收冷凝废热为rMW，相当于增加供热面积s万m2，（采暖热指标取平均值50W/m2）抽汽转化为热效率为99%，0.981MPa，345.6℃的抽汽，考虑到抽汽的沿程损失，进供热系统的蒸汽参数为0.8829MPa，340℃。

建立方程组得：p=x+y

（343.34-251.15）×8016.2=1.67×（3139.39-434.30）×0.99x；

（161.41-119.62）×z=0.67×（3139.39-525.06）×0.99x；

（3139.39-434.30）×0.99y=（461.44-343.34）×8016.2；

（161.41-119.62）×z÷3600=r；

r÷0.5=s；

求得：x=165.24t/h，y=365.77t/h，p=531t/h，z=7094.54t/h，r=82.36MW，s=164.7万m2。

由此可见，如需达到工程要求的热负荷936.5MW（两台机组），即单台机组制热量为468.25MW，则单台汽轮机的抽汽量为531t/h，小于汽轮机最大抽汽量550t/h，满足汽轮机运行工况，可以实现。热泵所需驱动蒸汽量为165.24t/h，制热量为205.28MW；汽水换热器热源蒸汽量为365.77t/h，制热量262.97MW，循环冷却水量为7094.54t/h，可用废热82.36MW，本期工程共两台机组，可用总废热为164.72MW，本工程循环冷却水总的废热为226.36MW，废热利用率达72.77%，相当于增加供热面积329.4万m2。

2 循环水供热节能环保分析

以本工程现有循环水余热量理论值为计算依据，采暖期供热小时数为3624h，锅炉效率为90%，年回收循环水余热约214.9万GJ，年可减少的循环冷却水蒸发损失约5142万吨，消耗蒸汽量为119.76万吨，按本工程的循环水余热利用量，相对于燃煤锅炉，每年可以节约燃煤16.36万吨，折合标煤8.14万吨。

我们通过对比各种污染物的排放量来评价不同供热采暖方式的环保效益。主要的污染物有烟尘、SOx、NOx。循环水废热供热方案中消耗的蒸汽属于电厂原供热能力的一部分，因此也不会额外增加当地的污染物排放。根据年供热耗能量，可计算得到因采暖而造成的污染物排放总量见表4-1。

由表中数据可以看出，相对于燃煤锅炉房，本工程每年将减少SOx排放78.56吨，减少NOx排放84.78吨，减少烟尘排放12.86吨。另外因热泵对循环水的冷却作用可减小冷却塔负荷，每年可减少电厂循环冷却水蒸发损失5142万吨，弱化了循环水热湿排放对电厂周边环境的影响，因此该技术推广后的环境效益非常显著。

3 结语

本工程所采用的利用循环冷却水废热供热的技术，技术先进，节能环保效益突出，对于本工程的设计条件更有着应用上的优势，且完全符合当前国家关于节能减排的方针政策，同时满足国内当前对“清洁高效”能源的迫切需求，能有效的缓解突出的供热能源供需矛盾，既节约了能源又能满足抚顺市西部地区的热负荷要求。

参考文献：

[1]吴星，付林，胡鹏.以电厂循环水为低位热源的城市供热技术研究与应用.

[2]石华林，杨春维.溴化锂热泵运行方式经济性分析.煤矿机电，2010.4.

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