熱電廠熱泵系統(tǒng)節(jié)能改造及供熱能力研究

徐梟桐

摘? ?要：伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國對能源的需求量越來越大，當(dāng)前我國能源利用效率低、供需矛盾突出已成為我國重點(diǎn)解決的問題所在。熱泵屬于新能源技術(shù)，是能為用戶提供高位熱能的熱能轉(zhuǎn)換裝置。在當(dāng)今節(jié)能減排、雙降雙低的背景下，對熱電廠熱泵系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造具有重大意義。本文重點(diǎn)研究了熱電廠熱泵系統(tǒng)節(jié)能改造及優(yōu)化供熱能力的策略，希冀為其他熱電廠節(jié)能改造提供一定的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：熱泵系統(tǒng)? 熱電廠? 節(jié)能改造? 供熱能力

中圖分類號：TM621? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）06（c）-0039-02

從實(shí)際來看，當(dāng)前不少城市的市區(qū)供熱面積難以達(dá)到或接近設(shè)計(jì)值，部分熱電廠已完工的熱泵項(xiàng)目盡管能較好地通過熱力性能考核試驗(yàn)，但實(shí)際運(yùn)行卻與設(shè)計(jì)工況還存在一定的差別，不能充分發(fā)揮出熱泵系統(tǒng)的節(jié)能潛力。在城市區(qū)域面積不斷拓展，采暖所需的穩(wěn)定可靠熱源持續(xù)增加的情況下，熱電廠現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)難以有效滿足市場需求，必須要對熱泵系統(tǒng)等供熱系統(tǒng)進(jìn)行改造，以提高集中供熱能力。

1? 熱電廠中利用熱泵吸收循環(huán)水余熱的必要性與可行性

近年來，我國各地城市快速發(fā)展，北方供暖季的熱負(fù)荷需求不斷增加，城市供熱能力亟需提高。同時(shí)，由于城市運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的低溫循環(huán)水余熱量巨大，如果對其進(jìn)行充分利用，可有效緩解當(dāng)前城市供熱需求緊張問題。此外，能源、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展之間的矛盾日益凸顯，開發(fā)與利用可再生能源是能源發(fā)展的大勢。對于熱電廠來說，如果將循環(huán)冷卻水中的低溫?zé)崮苓M(jìn)行回收，通過吸收式熱泵節(jié)能技術(shù)對提取的熱量進(jìn)行采暖利用，可在不影響發(fā)電量的前提下，增強(qiáng)其供熱能力，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源，減少污染物的排放，保護(hù)環(huán)境。

2? 熱電廠熱泵系統(tǒng)節(jié)能改造及優(yōu)化供熱能力的策略

2.1 某熱電廠供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

某熱電廠抽汽凝汽式機(jī)組總裝機(jī)容量為2×350MW，應(yīng)用的是一種新型凝汽器余熱回用系統(tǒng)，熱網(wǎng)首站采取的是兩級加熱模式，即熱泵+熱網(wǎng)加熱器。熱泵系統(tǒng)的驅(qū)動汽源是來自機(jī)組的0.4MPa、245℃供熱抽汽。系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，2×85t/h供熱抽汽在進(jìn)行減溫處理后，就進(jìn)入到熱泵系統(tǒng)中，凝結(jié)溫度80℃的水。這些水將通過閉式凝結(jié)水箱進(jìn)行回收，熱泵站內(nèi)凝結(jié)水泵再將回收的水，傳送到熱網(wǎng)疏水管道。然后，11500t/h熱網(wǎng)回水通過兩級加熱后，水溫達(dá)到70.2℃，最后進(jìn)行對外供熱。

2.2 熱泵系統(tǒng)運(yùn)行及供熱狀況

熱電廠采用8臺溴化鋰吸收式熱泵，這些熱泵的單機(jī)制熱量為25.4MW（水溫度55℃）。供熱面積1400萬m2，目前現(xiàn)有設(shè)計(jì)型式為單機(jī)帶4臺熱泵，供熱時(shí)，只有一臺熱泵運(yùn)行，其余熱泵都為備用，導(dǎo)致閑置浪費(fèi)。

以余熱系統(tǒng)回收熱量80MW為例，設(shè)定單臺機(jī)組低壓缸進(jìn)汽流量為100t/h，通過計(jì)算可以得到，主汽流量500～1095t/h變化時(shí)，單機(jī)帶負(fù)荷能力變化范圍為127.8～271.5MW，供熱量變化范圍為223.0～450.9MW。在初末寒期的供熱能力為1114.9～2254.3萬m2，要想滿足現(xiàn)有供熱面積，需要主汽流量在650t/h以上，電負(fù)荷能需要在165MW以上。中寒期的供熱能力范圍為707.9～1431.3萬m2，要想滿足現(xiàn)有供熱面積，主汽流量就要達(dá)到最大進(jìn)汽流量。如果是雙機(jī)帶100%熱泵，則在極寒期的供熱能力就會在991.0～2003.8萬m2的范圍內(nèi)進(jìn)行變化，此時(shí)，要想充分滿足現(xiàn)有供熱覆蓋面積，就需要使主汽流量保持在750t/h以上，電負(fù)荷能保持在190MW以上。

2.3 熱泵系統(tǒng)節(jié)能改造及優(yōu)化供熱能力的策略

2.3.1 改造策略

從該熱電廠的熱泵供熱實(shí)際情況來看，單機(jī)運(yùn)行就能較好地滿足需求，如果進(jìn)行雙機(jī)運(yùn)行，則會損失較大的冷源，整體經(jīng)濟(jì)性不高。與設(shè)計(jì)值相比，中壓缸排汽蝶閥的最小漏汽流量偏高，這不僅會導(dǎo)致低壓缸最小進(jìn)汽流量增大，還會降低機(jī)組調(diào)峰過程中的運(yùn)行安全性。通過分析，決定對熱泵系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。將一臺機(jī)組的余熱水管道進(jìn)行增容，借助主凝結(jié)區(qū)1/4進(jìn)回水管路，連接凝汽器增容改造區(qū)余熱水的進(jìn)回水，同時(shí)，在兩臺機(jī)組余熱水回水母管與凝汽器增容區(qū)回水母管之間加設(shè)聯(lián)絡(luò)管，以確保單臺機(jī)組余熱水量能達(dá)到13000t/h。余熱水經(jīng)熱泵冷卻后，回收到主機(jī)循環(huán)水泵入口前池。

2.3.2 改造后供熱能力優(yōu)化情況

在100t/h工況下，帶100%熱泵機(jī)組的供熱能力模擬計(jì)算結(jié)果，見表1所示。從表中可知，一臺機(jī)組帶100%熱泵帶負(fù)荷能力變化范圍為127.8～271.5MW，單機(jī)供熱量變化范圍為263.0～490.9MW。按照20W/m2考慮，初末寒期時(shí)期，只有主汽流量在550t/h以上，電負(fù)荷能在140MW以上，才能滿足供熱需求。但在極寒期，即便主汽流量在最大值時(shí)，也無法滿足供熱需求。

經(jīng)過改造后，熱泵系統(tǒng)增加了40MW制熱量。在單臺機(jī)組運(yùn)行過程中，相同條件下，帶100%熱泵比帶50%熱泵的初末寒期供熱能力明顯得到提高，數(shù)值為200.0萬m2，中寒期為127.0萬m2，極寒期為88.9萬m2。經(jīng)過計(jì)算，可以全年可節(jié)約發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤0.794萬t，煤耗降低2.15g/kW·h，CO2和SO2排放減少了1.728萬t和0.0538萬t，經(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

3? 結(jié)語

綜上所述，本文以熱電廠熱泵系統(tǒng)為例，對其進(jìn)行節(jié)能改造研究。通過熱泵系統(tǒng)節(jié)能改造，熱電廠機(jī)組的供熱能力得到了顯著的提升，節(jié)約了標(biāo)煤，降低了煤耗，減少了CO2和SO2排放，經(jīng)濟(jì)效益、社會效益與環(huán)保效益都比較可觀，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。

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