廊坊熱電廠熱泵系統(tǒng)節(jié)能改造及供熱能力分析

引言

進(jìn)入"十三五",國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局正式印發(fā)《電力發(fā)展"十三五"規(guī)劃》(2016一2020年),其中指出:因地制宜規(guī)劃建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。在充分利用已有熱源且最大限度地發(fā)揮其供熱能力的基礎(chǔ)上,按照"以熱定電"的原則規(guī)劃建設(shè)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目:優(yōu)先發(fā)展背壓式熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。同時(shí),《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)"十三五"節(jié)能減排綜合工作方案的通知》(國(guó)發(fā)(2016)74號(hào))中明確指出:加快發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱,利用城市和工業(yè)園區(qū)周邊現(xiàn)有熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組、純凝發(fā)電機(jī)組及低品位余熱實(shí)施供熱改造,淘汰供熱范圍內(nèi)的燃煤鍋爐。廊坊熱電廠設(shè)計(jì)承擔(dān)廊坊市區(qū)供熱面積1400萬(wàn)m2,2018年實(shí)際供熱面積已達(dá)到設(shè)計(jì)值,隨著市區(qū)采暖對(duì)穩(wěn)定可靠熱源的需求持續(xù)加大,現(xiàn)有的供熱方式和系統(tǒng)將難以滿(mǎn)足外部市場(chǎng)的要求。因此,充分挖掘現(xiàn)有設(shè)備的潛力,進(jìn)行供熱系統(tǒng)改造,提高電廠的供熱能力,勢(shì)在必行。

1廊坊熱電廠供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀

廊坊熱電廠抽汽凝汽式機(jī)組總裝機(jī)容量為2×350MW,采用了新型凝汽器余熱回用系統(tǒng),如圖1所示。熱網(wǎng)首站采用熱泵＋熱網(wǎng)加熱器兩級(jí)加熱模式。熱泵系統(tǒng)以機(jī)組0.4MPa、245℃供熱抽汽為驅(qū)動(dòng)汽源,提取冷源余熱。2×85t/h供熱抽汽經(jīng)減溫后進(jìn)入熱泵,凝結(jié)成水,溫度8o℃。通過(guò)閉式凝結(jié)水箱回收后,由熱泵站內(nèi)凝結(jié)水泵送至熱網(wǎng)疏水管道:115oot/h熱網(wǎng)回水首先進(jìn)入熱泵一級(jí)加熱,水溫由55℃加熱到7o.2℃,再經(jīng)熱網(wǎng)換熱器二次加熱后對(duì)外供熱。1328ot/h冷源余熱進(jìn)入熱泵,提取余熱后,熱泵循環(huán)工質(zhì)從3o℃降為24.8℃,進(jìn)入凝汽器吸熱升溫后再進(jìn)入熱泵,完成熱泵一凝汽器一熱泵的閉式循環(huán)。

2熱泵參數(shù)及系統(tǒng)運(yùn)行

廊坊熱電廠采用8臺(tái)單機(jī)制熱量為25.4MW(回水溫度55℃)的溴化鋰吸收式熱泵。溴化鋰吸收式熱泵額定設(shè)計(jì)工況技術(shù)參數(shù)如表1所示。

現(xiàn)有設(shè)計(jì)型式為單機(jī)帶50%熱泵,即單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行只能帶4臺(tái)熱泵。在供熱期間,如僅一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行,則其余5o%熱泵處于備用狀態(tài),浪費(fèi)嚴(yán)重。熱泵運(yùn)行系統(tǒng)圖如圖2所示。

3改造前供熱能力分析

考慮到機(jī)組現(xiàn)有供熱情況及機(jī)組的調(diào)峰能力,以余熱系統(tǒng)回收熱量8oMW為例,模擬計(jì)算單臺(tái)機(jī)組低壓缸進(jìn)汽流量為1oot/h的情況下,單機(jī)運(yùn)行與雙機(jī)運(yùn)行情況下不同主汽流量時(shí),發(fā)電負(fù)荷與供熱能力的關(guān)系。計(jì)算結(jié)果如表2所示。

由表2可以看出,低壓缸進(jìn)汽流量為1oot/h,主汽流量5oo~1o95t/h變化時(shí),單機(jī)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223.o~450.9MW。雙機(jī)帶100%熱泵在極寒期(按45w/m2考慮)供熱能力變化范圍為991.0~2003.8萬(wàn)m2,主汽流量在750t/h以上時(shí),能滿(mǎn)足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬(wàn)m2考慮)的需求,且電負(fù)荷能維持在190MW以上。

考慮在供熱期,存在一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的可能性。從表2可以看出,低壓缸進(jìn)汽流量為100t/h,主汽流量500~1095t/h變化時(shí),單機(jī)帶50%熱泵在初末寒期(按20w/m2考慮)的供熱能力范圍為1114.9~2254.3萬(wàn)m2,主汽流量在650t/h以上時(shí),能滿(mǎn)足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬(wàn)m2考慮)的需求,且電負(fù)荷能維持在165MW以上:單機(jī)帶50%熱泵在中寒期(按31.5w/m2考慮)的供熱能力范圍為707.9~1431.3萬(wàn)m2,主汽流量達(dá)到最大進(jìn)汽流量時(shí),能剛好滿(mǎn)足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬(wàn)m2考慮)的需求:單機(jī)帶50%熱泵在極寒期(按45w/m2考慮)的供熱能力范圍為495.5~1001.9萬(wàn)m2,主汽流量在最大值時(shí),也不能滿(mǎn)足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬(wàn)m2考慮)的需求。

4熱泵系統(tǒng)改造方案及改造后的供熱能力分析

目前,單臺(tái)機(jī)組最小低壓缸進(jìn)汽流量設(shè)計(jì)為100t/h,小機(jī)進(jìn)汽流量最大為63t/h,在機(jī)組背壓4.9kPa運(yùn)行時(shí),熱泵吸收總乏汽量為130t/h,單機(jī)運(yùn)行已基本滿(mǎn)足熱泵所需乏汽量,雙機(jī)運(yùn)行冷源損失較大。同時(shí),在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,中壓缸排汽蝶閥的最小漏汽流量較高于設(shè)計(jì)值,造成低壓缸最小進(jìn)汽流量增大,且運(yùn)行調(diào)整安全性較差,不能滿(mǎn)足機(jī)組調(diào)峰過(guò)程中的安全運(yùn)行要求。雙機(jī)運(yùn)行時(shí),機(jī)組運(yùn)行背壓需提高至4.9kPa以上,整體經(jīng)濟(jì)性較差,考慮到小機(jī)進(jìn)汽流量和低壓缸最低進(jìn)汽流量,單臺(tái)機(jī)組已具備帶100%熱泵條件。

4.1改造方案

一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行余熱水管道增容改造,即利用主凝結(jié)區(qū)1/4區(qū)(主凝結(jié)區(qū)為4路進(jìn)水、4路回水)進(jìn)回水管路與凝汽器增容改造區(qū)余熱水進(jìn)回水相互連通,在改造機(jī)組凝汽器增容區(qū)回水母管與兩臺(tái)機(jī)組余熱水回水母管增加聯(lián)絡(luò)管,其主要目的為讓單臺(tái)機(jī)組余熱水量達(dá)到13000t/h,滿(mǎn)足全部熱泵所需余熱量。經(jīng)熱泵冷卻后,余熱水出水回收至主機(jī)循環(huán)水泵入口前池。改造后余熱水系統(tǒng)圖如圖3所示。

4.2改造后的供熱能力分析

結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況,考慮帶100%熱泵機(jī)組的低壓缸進(jìn)汽流量在100t/h工況下,針對(duì)不同主蒸汽流量下機(jī)組負(fù)荷與供熱能力進(jìn)行模擬計(jì)算,結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出,一臺(tái)機(jī)組帶100%熱泵(低壓缸進(jìn)汽流量為100t/h),主汽流量500~1095t/h變化時(shí),帶100%熱泵機(jī)組單機(jī)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?？紤]在供熱期,存在一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的可能性。帶100%熱泵機(jī)組單機(jī)在初末寒期(按20w/m2考慮)的供熱能力范圍為1314.9~2454.3萬(wàn)m2,主汽流量在550t/h以上時(shí),能滿(mǎn)足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬(wàn)m2考慮)的需求,且電負(fù)荷能維持在140MW以上:帶100%熱泵機(jī)組單機(jī)在極寒期(按45w/m2考慮)的供熱能力范圍為584.4~1090.8萬(wàn)m2,主汽流量在最大值時(shí),也不能滿(mǎn)足現(xiàn)有供熱面積(按1400萬(wàn)m2考慮)的需求。

4.3熱經(jīng)濟(jì)性分析

由以上分析可以得出:改造后,單臺(tái)熱泵可在其他條件一定的情況下,多增加40MW制熱量,此制熱量在初末寒期、中寒期及極寒期對(duì)供熱能力的影響如表4所示。

從表4可以看出,單臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí),帶100%熱泵后,在其他條件一定的情況下,較帶50%熱泵時(shí),在初末寒期供熱能力提高200.0萬(wàn)m2,在中寒期供熱能力提高127.0萬(wàn)m2,極寒期供熱能力提高88.9萬(wàn)m2。折算下來(lái)全年發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低約2.15g/kw·h,節(jié)省標(biāo)煤0.794萬(wàn)t/年,二氧化碳和二氧化硫排放量分別減少1.728萬(wàn)t和0.0538萬(wàn)t。

5結(jié)論

(1)通過(guò)熱泵系統(tǒng)節(jié)能改造,提高了機(jī)組的供熱能力和供熱保障水平,降低了煤耗率。

(2)全年發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低約2.15g/kw·h,節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤0.794萬(wàn)t/年。

(3)二氧化碳和二氧化硫排放量分別減少1.728萬(wàn)t和0.0538萬(wàn)t。