火電廠循環(huán)水余熱利用項目節(jié)能效益測算方法分析

周崇波，程雪山，任懷民

(1.華電電力科學研究院,杭州 310030；2.杭州華電能源工程有限公司,杭州 310030；3.華電能源股份有限公司佳木斯熱電廠,黑龍江 佳木斯 154000)

0 引言

國家十二五能源規(guī)劃強調,在節(jié)能增效等“減量”上下功夫，做好節(jié)約能源、提高能源效率兩大事。火力發(fā)電廠為當前社會主要的能源消耗者和環(huán)境污染源，其輸入燃料總熱量的60% 以上能量通過鍋爐排煙和凝汽器循環(huán)水散失到環(huán)境中[1]，同時帶來環(huán)境污染。近年來，大型吸收式熱泵機組回收和火電廠乏汽廢熱用于市政供熱等節(jié)能改造項目方興未艾。以某電廠300 MW機組為例，回收乏汽廢熱可增加電廠對外供熱能力130.59 MW，相當于電廠每年可節(jié)約7.05萬t標準煤，可減排相應的大氣污染物和粉煤灰，具有良好的節(jié)能減排效益[2-3]。這類大型的節(jié)能改造項目往往是以當前興起的合同能源管理模式進行運營管理，整個節(jié)能改造過程由節(jié)能服務公司統(tǒng)一完成，節(jié)能服務公司的投資回收和合理利潤由產生的節(jié)能效益來支付[4]，因此節(jié)能效益的測算是合同能源管理運營管理的重要基礎數(shù)據(jù)，事關合同雙方的經濟收益，然而有關這方面的節(jié)能效益測算方式鮮有報道，本文以火電廠循環(huán)水余熱利用項目為研究對象，探索了兩種節(jié)能效益測算方式，并對兩種方式的學理一致性進行分析。

1 測算方法

1.1 直接測算方法

1.1.1 毛收入

以提取循環(huán)水的余熱量作為節(jié)能效益毛收入是當前國內火電廠循環(huán)水余熱利用項目最為常見的一種節(jié)能測算方法。年節(jié)能效益毛收入為一個采暖季熱泵系統(tǒng)提取循環(huán)水余熱量用于供熱躉售或直供所產生的經濟收入，即

J=GR，

(1)

式中：J為年節(jié)能收入，萬元；G為年節(jié)能量，GJ；由經鑒定合格的熱能累積儀表經過一個采暖季累計示數(shù)，其原理為循環(huán)水進出熱泵系統(tǒng)溫差與流量的積分值；R為躉售或直供熱價，萬元/GJ。

1.1.2 支出

火電廠循環(huán)水余熱利用項目支出由投入熱泵系統(tǒng)后全廠較投熱泵系統(tǒng)前整個采暖季新增的廠用電費用、主機背壓費用和運行檢修費用組成。廠用電費用：熱泵系統(tǒng)投入余熱利用項目新增的各種水泵及熱泵本體耗用的廠用電量，由經鑒定合格的電度表實時計量。主機背壓費用：熱泵系統(tǒng)余熱水需要維持較高的進水溫度，通過提高接帶熱泵系統(tǒng)主機的背壓實現(xiàn)，由于真空度下降，原供熱工況與熱泵供熱工況在同樣鍋爐蒸發(fā)量的條件下，勢必降低機組負荷，或在同樣的發(fā)電負荷下，勢必增加煤耗，這就是主機背壓提高所造成的成本。運行檢修費用：按照相關定額約定取費。節(jié)能效益直接測算法主要參數(shù)見表1。

表1 節(jié)能效益直接測算法主要參數(shù)

1.1.3 節(jié)能效益

年節(jié)能效益應為節(jié)能毛收入減去各項成本，即

Y=J(1-t)-(C+B+F) ，

(2)

式中：Y為年節(jié)能收益，萬元；t為供熱躉售或直供稅率，應考慮供熱減稅或免稅政策，%；C為廠用電費用，萬元；B為主機背壓成本，萬元；F為運行檢修費用，萬元。

1.2 全廠能量測算方式

1.2.1 毛收入

從全廠能源利用的角度出發(fā)，比較投入熱泵系統(tǒng)前后循環(huán)水向外排出的熱量，以此差值作為火電廠循環(huán)水余熱利用項目的節(jié)能毛收入，即

J=(Q1-Q2)R，

(3)

式中：J為年節(jié)能收入，萬元；Q1為未投入熱泵系統(tǒng)前循環(huán)水排放的總熱量，即凝汽器熱負荷；Q2為投入熱泵系統(tǒng)后循環(huán)水排放的總熱量，即凝汽器熱負荷與被熱泵系統(tǒng)提取的循環(huán)水余熱量的差值；R為躉售或直供熱價，GJ。

1.2.2 支出

項目支出由投入熱泵系統(tǒng)后全廠較投熱泵系統(tǒng)前整個采暖季新增的廠用電費用和運行檢修費用組成。廠用電費用：熱泵系統(tǒng)投入后，各種水泵及熱泵本體耗用的廠用電量，由經鑒定合格的電度表實時計量。運行檢修費用：按照相關定額約定取費。節(jié)能效益全廠能量測算法主要參數(shù)見表2。

表2 節(jié)能效益全廠能量測算法主要參數(shù)

1.2.3 節(jié)能效益

年節(jié)能效益為節(jié)能收入減去各項成本，即

Y=J(1-t)-(C+F) ，

(4)

式中：Y為年節(jié)能收益，萬元；t為供熱躉售或直供稅率，應考慮供熱減稅或免稅政策，%；C為廠用電費用，萬元；F為運行檢修費用，萬元。

這種測算方式不用考慮背壓影響，但未投入熱泵系統(tǒng)前凝汽器熱負荷是完全未知的，隨著外界供熱面積的變化和多臺主機之間運行調整等影響，其凝汽器熱負荷變化較大，沒有實際運行數(shù)據(jù)可供計算，但可通過經驗值進行理論推算。

2 算法學理分析

通過以上2種節(jié)能效益測算方法的論述，2種算法的毛收益都可歸結為提取循環(huán)水的余熱總量用于供熱所產生的經濟效益，其主要不同之處在于成本構成，直接算法中把提高背壓造成主機能耗增大作為主要成本之一；而全廠能量算法把投入熱泵前、后主機排放熱量差(即凝汽器熱負荷差)作為主要成本之一，應該說明的是，這里是主機向外排放熱量值，并非是包括熱泵系統(tǒng)全廠循環(huán)水向江中排放的熱量值，其他成本計算都是一致的。

以下通過能量守恒定理對2種算法在學理上的一致性進行分析說明。

根據(jù)燃煤機組供熱電廠的能量分布，燃煤熱量通過鍋爐系統(tǒng)加熱給水至高壓高溫蒸汽進入汽輪機組，這些能量一部分用于發(fā)電，一部分用于供熱，而剩余部分通過凝汽器經由循環(huán)水排放到外界散失。

投入熱泵前，全廠能量分布示意如圖1所示。

圖1 投入熱泵系統(tǒng)前全廠能量分布示意

圖1中：Q為燃煤輸入的總熱量；Q1為發(fā)電負荷；Q2為供熱負荷；Q3為全廠系統(tǒng)向外散失的熱量。根據(jù)能量守恒定理

Q=Q1+Q2+Q3。

(5)

投入熱泵系統(tǒng)后，全廠(包括熱泵機組)能量分布示意如圖2所示。

圖2 投入熱泵系統(tǒng)后全廠能量分布示意

在圖2中：ΔQ1為由于投入熱泵系統(tǒng)后背壓影響主機負荷；Qy為熱泵系統(tǒng)提取的余熱量進入熱網的能量；Q3′為全廠系統(tǒng)(包括熱泵機組)向外散失的熱量。根據(jù)能量守恒定理

Q=(Q1-ΔQ1)+(Q2+Qy+Q3′) 。

(6)

投入熱泵系統(tǒng)前后，全廠燃煤輸入熱量一致，根據(jù)式(5)、式(6)可以得到

Q3′=Q3-Qy+ΔQ1。

(7)

由此，投入熱泵系統(tǒng)前后全廠(包括熱泵機組)向外散失的熱量差值為

ΔQ=Q3-Q3′=Qy-ΔQ1。

(8)

由式(8)可以看出，投入熱泵系統(tǒng)前后全廠對外散失的熱量差值與熱泵系統(tǒng)提取的循環(huán)水余熱量與主機背壓提高影響發(fā)電負荷能量差值是一致的，這說明了2種算法在計算方式上不同，但在學理上是統(tǒng)一的。

3 結論

火電廠循環(huán)水余熱利用項目節(jié)能效益測算主要包括直接算法與全廠能量算法，2種算法的學理是一致的，具體計算方式不同。直接算法比較常見，其中主機背壓所增加的成本計算由一個采暖季的歷史運行數(shù)據(jù)作為技術支撐，可靠性強，較易計算。全廠能量算法需要比較投入熱泵前后主機對外排放的熱量差，即主機凝汽器的熱負荷差，而不用考慮背壓影響，直觀上容易理解，不過，投入熱泵前凝汽器的熱負荷是未知的，且隨著外界供熱面積的變化及多臺主機之間的運行調整等影響，其凝汽器熱負荷變化較大，沒有實際運行數(shù)據(jù)可供計算，合同雙方可約定一個經驗基數(shù)作為測算依據(jù)。

參考文獻：

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[3]周崇波，俞聰，郭棟，等.大型吸收式熱泵應用于火電廠回收余熱供熱的試驗研究[J].現(xiàn)代電力，2013，30(2):37-40.

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[5]李巖，付林，張世鋼，等.電廠循環(huán)水余熱利用技術綜述[J].建筑科學，2010(10)：10-14.

[6]郭江龍，常澍平，郗孟杰，等.采用吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱收益估算[J].熱力發(fā)電，2012(11):6-8.