水源热泵在电厂余热利用中的应用

　 　一、火(热)电厂概述
　　 火(热)电厂冷凝热的特点
　　经汽机作功后的蒸汽(排汽)冷凝(放热)成凝结水再经回热后进入锅炉，锅炉产生的蒸汽在汽机中作功，在这个热媒的循环过程中，需要放出大量的冷凝热。冷凝热的主要特点如下：
　　◆品位低。排汽压力：水冷，4-8kPa;空冷，15kPa。冷凝温度:水冷，29-41.5℃;空冷，54℃。
　　◆量大、集中。平均发电耗热约占总输入的32%左右。纯凝汽工况排入大气的可回收冷凝热占50%以上，为发电耗热的1.5倍以上;供热工况可回收冷凝热约为发电耗热的0.7-1.3倍。
　　火力发电厂各项损失参考值如表1所示，其中汽轮机排气热损失(冷端损失)巨大。
　　表1 现代火力发电厂各项损失参考值(%)

　　*热工手册 任泽霈等 主编 机械工业出版社 2002年11月第一版
　 　火(热)电厂冷凝热现状处理方法
　　冷凝热排空(丢弃)：热电厂做功后的蒸汽需要冷凝成水回到锅炉。目前普遍采用的方法是通过水冷或空冷冷凝蒸汽，冷凝热排入大气。
　　冷凝热回收：由于冷凝热属于低品位热源，难以利用,除低真空的背压机组外，极少回收。
　火(热)电厂与热负荷的基本情况(一级)
　　我国集中供热随着城镇化的建设发展迅速，2009年全国集中供热面积已经达到35.6亿平方米。北方地区集中供热热源日显不足，现有的热电联产供热能力有限，在许多城市不得不新建大型区域锅炉房(热源厂)作为集中供热热源。热源缺口较大。
　　正在集中供热的热电机组以及可资利用的火电机组的冷凝热未被利用，冷凝热仍然通过空冷岛或凉水塔排空，火(热)电机组，包括单机容量在300MW以上的大型火电机组仍然在低效率高能耗的状态下运行。
　 　二、设计思想
　　用热泵技术回收电厂冷凝热(二级)
　　火力发电厂冷凝热通过凉水塔或空冷岛排入大气，形成巨大的冷端损失，是火力发电厂能源使用效率低下的主要原因，不仅造成能量和水(或电)的浪费，同时也严重地(热)污染了大气。火力发电厂冷凝热排空，是我国乃至世界普遍存在的问题，是浪费，也是无奈。
　　然而，随着热泵技术的发展，特别是大型高温水源热泵的问世，使得发电机组冷凝热回收将成为可能。
　　 对 热泵 的技术要求
　　电厂冷凝热品位低，必须用热泵提取之;冷凝热量大、集中，在电厂内或电厂附近一般难以找到足够的稳定的热用户，必须远距离集中供热，用大型高温水大温差水源热泵吸收冷凝热。以充分利用冷凝热和提高系统的经济性为目标合理配置热泵机组。吸收式热泵工作在
　　高温段，离心式热泵工作在低温段，吸收式和离心式热泵平均制热能效比COP分别在1.7和6以上 。
　　 热源构成及功能
　　利用水源热泵吸收汽机排汽中的冷凝热，离心式热泵将集中供热50℃的回水加热到60℃以上，吸收式热泵将60℃的回水加热到90℃以上，再用换热器将水温提高到热网供水温度，对城市集中供热。热泵对电厂冷却水制冷，回收冷凝热，冷却水无需
　　在冷却塔冷却，可减少能耗、水耗及其它运行费用。热泵对热用户制热，冬季供暖，夏季供冷，四季提供生活热水。
　　一、方案设计
　　方案一 冬季供暖集中供热系统


　　方案二 冬季供暖集中供热系统2


　　方案三 冬季供暖及洗浴集中供热系统


　　方案四 夏季供冷及洗浴集中供热系统

三、冷凝热回收效益分析
　　例如某电厂装机容量2x35+1x60MW。冷凝热回收135MW;日节水3500吨。
　　 节能 节水分析
　　供暖期:151天
　　节能1761264GJ，节标准煤(按锅炉平均运行效率60%估算)10万吨;节水52.85万吨。
　　供冷期:92天(三级)
　　节能1073088GJ，节标准煤(按锅炉平均运行效率60%估算)6.1万吨;节水32.2万吨。
　　合计：年节能2834352GJ，节标准煤(按锅炉平均运行效率60%估算)16.1万吨;节水85.05万吨。
　　 环境效益分析
　　 供暖期
　　每年少排灰渣6.6万吨，烟尘238吨，二氧化硫3002吨，氮氧化物1422吨，二氧化碳25.4万吨。
　　 供冷期
　　每年少排灰渣4万吨，烟尘145吨，二氧化硫1831吨，氮氧化物867吨，二氧化碳15.5万吨。
　 　合计
　　每年少排灰渣10.6万吨，烟尘383吨，二氧化硫4833吨，氮氧化物2289吨，二氧化碳40.9万吨。
　　 经济效益分析
　　供暖期
　　节能1761264GJ，每GJ按27元计算，毛收入收4755万;节水52.85万吨，每吨按5元计算，收益264万元。
　　供冷期
　　节能1073088GJ，每GJ按27元计算，毛收入2896万元;节水32.2万吨，每吨按5元计算，收益161万元。