摘　要：針對某電廠擬將純凝式發(fā)電機(jī)組改造成熱電機(jī)組工程，提出3種熱源方案：方案1：配置溴化鋰吸收式熱泵(回收用于帶動汽動給水泵的小汽輪機(jī)凝汽器冷卻水余熱)與汽—水換熱器；方案2：配置溴化鋰吸收式熱泵(回收熱電機(jī)組汽輪機(jī)乏汽余熱)與汽—水換熱器：方案3：配置汽—水換熱器，單純利用熱電機(jī)組汽輪機(jī)抽汽加熱熱網(wǎng)回水。對3種熱源方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，方案1的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性突出。

關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)供；  溴化鋰吸收式熱泵；  熱電廠

Comparison among Heat Source Schemes Using Absorption Heat Pump for Recovering Waste Heat from Thermal Power Plant

Abstract：For a planned project of transforming condensing turbo-generator set into thermal power unit in a power plant，three kinds of heat source schemes are put forward．Scheme l is to equip the lithium bromide absorption heat pump(recovering waste heat from cooling water in small steam turbine condenser used to drive the steam feed pump)and the steam-water heat exchanger．Scheme 2 is to equip the lithium bromide absorption heat pump(recovering steam exhaust waste heat from thermal power unit steam turbine)and steam-water heat exchanger．Scheme 3 is to equip the steam-water heat exchangers，and the extraction steam from thermal power unit steam turbine is merely used to heat the return water in heat-supply network．The three kinds of heat source schemes are compared technically and economically，and the scheme l is outstanding in terms of technology and economy．

Keywords：heat and power cogeneration；lithium bromide absorption heat pump；thermal power plant

1　工程概況

某電廠擬將2×330MW純凝式發(fā)電機(jī)組改造為熱電機(jī)組，并采用溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組(以下簡稱熱泵機(jī)組)^[1]回收利用工藝余熱，實現(xiàn)供熱面積400×10⁴m²。設(shè)計供暖熱負(fù)荷為232MW，設(shè)計供、回水溫度為120、65℃，供熱介質(zhì)質(zhì)量流量為3627t／h。改造后，熱電機(jī)組汽輪機(jī)抽汽壓力為0.4MPa，溫度為231.3℃。

熱電廠蒸汽鍋爐給水泵(汽動給水泵)由小汽輪機(jī)驅(qū)動，小汽輪機(jī)驅(qū)動蒸汽來自發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)抽汽。熱泵機(jī)組的驅(qū)動蒸汽為發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)抽汽^[2]，熱泵機(jī)組的低溫?zé)嵩纯煞謩e選用小汽輪機(jī)凝汽器冷卻水、發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)乏汽。本文根據(jù)熱泵機(jī)組兩種低溫?zé)嵩丛O(shè)計兩種熱源方案，與傳統(tǒng)熱電聯(lián)供方案(熱網(wǎng)回水直接經(jīng)汽—水換熱器升溫后供熱，汽—水換熱器熱源來自發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)抽汽)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較。

2　熱源方案

①方案1

發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)抽汽作為熱泵機(jī)組驅(qū)動蒸汽，低溫?zé)嵩礊樾∑啓C(jī)凝汽器冷卻水余熱。方案1的系統(tǒng)流程見圖1。系統(tǒng)流程可分為3個分項流程：a．熱網(wǎng)循環(huán)水流程：熱網(wǎng)回水65℃，經(jīng)熱泵機(jī)組加熱至88℃后，進(jìn)入汽—水換熱器加熱至l20℃作為熱網(wǎng)供水。b．發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)抽汽流程：不考慮小汽輪機(jī)用汽，發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)抽汽分為兩部分，一部分作為熱泵機(jī)組驅(qū)動蒸汽，另一部分進(jìn)入汽—水換熱器加熱熱網(wǎng)回水，兩部分凝結(jié)水溫度均為95℃，并由汽動給水泵加壓輸送回蒸汽鍋爐。c．凝汽器冷卻水流程：小汽輪機(jī)凝汽器出口冷卻水溫度為51℃，作為熱泵機(jī)組低溫?zé)嵩矗酂崂煤鬁囟冉抵?span lang="EN-US">42．7℃，經(jīng)冷卻塔進(jìn)一步降溫后(冷卻塔出水溫度為37.5℃)進(jìn)入凝汽器。

方案1的運行策略為：初末寒期采用熱泵機(jī)組單獨供熱，汽—水換熱器不啟動，當(dāng)熱泵機(jī)組出水溫度不能滿足要求時，啟動汽—水換熱器對熱泵機(jī)組出水進(jìn)行加熱。配置4臺制熱能力為24.25MW的熱泵機(jī)組，3臺換熱能力為45MW的汽—水換熱器。設(shè)計條件下(室外溫度為-22℃)，方案1單臺熱泵機(jī)組運行參數(shù)見表1。

②方案2

方案2的系統(tǒng)流程見圖2。進(jìn)入熱泵機(jī)組的乏汽由發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)乏汽母管引出，乏汽支管安裝真空電動蝶閥，調(diào)節(jié)進(jìn)入熱泵機(jī)組的乏汽量，剩余乏汽進(jìn)入空冷島(集中設(shè)置空氣凝汽器)。根據(jù)汽輪機(jī)生產(chǎn)廠家提供的冬季汽輪機(jī)額定工況熱平衡圖，確定進(jìn)入熱泵機(jī)組的乏汽壓力為12.5kPa，溫度為50.3℃，質(zhì)量流量為31.19t／h。

由于熱泵機(jī)組低溫?zé)嵩礊榉ζ?，熱泵機(jī)房宜設(shè)置在空冷島附近，且機(jī)房占地面積不宜過大，選擇2臺制熱能力為48.5MW的熱泵機(jī)組，3臺換熱能力為45MW的汽—水換熱器。方案2的運行策略與方案1一致，設(shè)計條件下(室外溫度為-22℃)，方案2單臺熱泵機(jī)組運行參數(shù)見表2。

③方案3

方案3為傳統(tǒng)熱電聯(lián)供方案，熱網(wǎng)回水直接經(jīng)汽—水換熱器升溫后為熱用戶供熱，汽—水換熱器熱源來自發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)抽汽。發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)抽汽壓力為0.4MPa，韞度為231.3℃，抽汽量隨室外溫度進(jìn)行調(diào)整。

3　技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較

3.1　經(jīng)濟(jì)性比較

①對單位發(fā)電量煤耗的影響

供暖期按180d計算，供熱系統(tǒng)采用分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)方式。單位發(fā)電量煤耗(發(fā)電煤耗為總煤耗扣除發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)抽汽熱量折算煤耗、熱泵機(jī)組回收的小汽輪機(jī)排汽余熱折算煤耗、發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)乏汽余熱折算煤耗)隨供暖期各階段室外平均溫度的變化見圖3。由圖3可知，由于方案1、2利用了工藝余熱，單位發(fā)電量煤耗明顯小于方案3。方案1、2的單位發(fā)電量煤耗非常接近，由于乏汽余熱品質(zhì)略高于小汽輪機(jī)凝汽器冷卻水，因此方案2的單位發(fā)電量煤耗略低于方案1。

②整體經(jīng)濟(jì)性比較

3種方案的造價見表3，供暖期能耗量見表4。

3種方案年運行費用見表5。水價按2元／t計算，電價按0.3707元/(kW·h)計算，蒸汽熱價按18元／GJ計算。由表3可知，方案1的系統(tǒng)造價最高，其次為方案2，方案3的系統(tǒng)造價最低。由表5可知，方案2的年運行費用最低，其次為方案1，方案3的年運行費用最高。將方案3作為對比方案，方案1、2高出的系統(tǒng)造價，分別在2.8、2.4a時可以收回。考慮年運行費用，方案1、2的整體經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于方案3，且方案1、2的差距不大。

3.2　技術(shù)性分析

①熱泵機(jī)房選址

對于方案1，熱泵機(jī)組回收利用小汽輪機(jī)凝汽器冷卻水余熱，由于冷卻水可較遠(yuǎn)距離輸送，因此熱泵機(jī)房選址靈活。

對于方案2，熱泵機(jī)組回收利用發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)部分乏汽的余熱，但乏汽不宜較長距離輸送，熱泵機(jī)房需布置在空冷島附近，加之空冷島附近地下管線較多，熱泵機(jī)房的選址受限，且對空冷島氣流流場有一定影響。

②對發(fā)電功率的影響

對于方案1，為增大余熱回收量，冬季可采取適當(dāng)提高小汽輪機(jī)背壓的方法。雖然小汽輪機(jī)耗汽量略有增加，但對發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率影響不大。

對于方案2，乏汽壓力對發(fā)電機(jī)組發(fā)電功率的影響較大，通常乏汽壓力每升高5kPa，發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率下降約1.9％，熱耗增加約1.7％。冬季，在滿足空氣凝汽器防凍要求的前提下，通常采取降低乏汽壓力運行，這樣可有效降低發(fā)電機(jī)組熱耗，但這樣易導(dǎo)致熱泵機(jī)組余熱回收量大幅降低。由于熱泵機(jī)組僅回收部分乏汽的余熱，若僅為了滿足熱泵機(jī)組對低溫?zé)嵩吹男枨蠖岣叻ζ麎毫?，將?dǎo)致整個系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性下降。

3.3　綜合分析結(jié)果

綜上分析，推薦選用方案1。

4　純論

①火力發(fā)電廠的工藝余熱豐富，利用溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組進(jìn)行余熱回收實施集中供熱時，應(yīng)根據(jù)集中供熱的特點，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，選擇適宜的余熱利用方案，應(yīng)盡可能降低對原生產(chǎn)工藝的影響。

②供熱規(guī)模較大時，可考慮選取熱泵機(jī)組回收利用發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)乏汽余熱的方案；供熱規(guī)較小時，宜選取回收小汽輪機(jī)凝汽器冷卻水余熱方案。

參考文獻(xiàn)：

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[2]趙欣剛，張志清，劉永風(fēng)．熱電廠汽輪機(jī)帶動鍋爐給水泵技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[J]．煤氣與熱力，2009，29(2)：A01-A04．

本文作者：許國春  丁艷輝

作者單位：中國市政工程華北設(shè)計研究總院