冷凝热供热工程介绍.doc

国阳新能第三热电厂利用冷凝热
集中供热工程简介

太原理工大学
苏保青

2010年3月

国阳新能第三热电厂利用冷凝热集中供热工程简介

太原理工大学
苏保青

1 概述
1.1 热电厂冷凝热的特点与现状处理方法
1.1.1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：
①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℃。
②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。
现代火力发电厂各项损失参考值(%) 表1
项目
电厂初参数
中参数
高参数
超高参数
超临界参数
锅炉热损失
11
10
9
8
管道热损失
1
1
0.5
0.5
汽轮机机械损失
1
0.5
0.5
0.5
发电机损失
1
0.5
0.5
0.5
汽轮机排气热损失
61.5
57.5
52.5
50.5
*热工手册 任泽霈等 主编 机械工业出版社 2002年11月第一版
1.1.2热电厂冷凝热现状处理方法
１）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。
２）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。
1.2 国阳新能的基本情况
1) 随着阳煤集团国阳新能的高速发展，集中供热热源日显不足。原设计能力465万平方米，2010年冬季供热面积将达到约600万平方米，预计十二五末将达到800万平方米，缺口较大。
2) 国阳新能第三热电厂现有的两台35MW和一台60MW供热发电机组冷凝热排空。
3) 设计8台30MW溴化锂吸收式高温热泵和4台13MW离心式热泵，回收冷凝热135MW，实现总供热面积720万平方米。一期工程为6台30MW溴化锂吸收式高温热泵，回收冷凝热72MW。
1.3 设计思想
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。
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，用大型高温水源热泵吸收低品位的冷凝热，以高温水大温差远距离传送到城市换热站。一般热泵机组制出的热水为40-50℃，这个温度对于集中供热显然太低，集中供热要求热泵机组出口水温为70-90℃，同时要求水源热泵平均制热能效比COP经济合理。
利用高温水源热泵吸收在汽机排汽中的冷凝热，将集中供热50-60℃的回水加热到80-90℃，再用换热器将水温提高到热网供水温度，对城市集中供热。
高温水源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。
高温水源热泵对热用户制热，冬季供暖，夏季供冷，四季提供生活热水。
2方案设计
2.1冬季供暖集中供热系统
方案1为国阳新能三电厂一期工程，利用2×35MW供热发电机组冷凝热及抽汽供暖，回收冷凝热72MW ，集中供热系统如图1所示。

方案2为国阳新能三电厂供热系统最终规模，利用（2×35+1×60）MW供热发电机组冷凝热及抽汽供暖，回收冷凝热135MW ，集中供热系统如图2所示。
2.2冬季供暖夏季供冷四季洗浴集中供热系统
方案3为冬季采暖及洗浴工况集中供热系统，如图3所示。

方案4夏季制冷及洗浴工况集中供热系统，如图4所示。
供热供冷停用时，洗浴用热由燃气炉提供。
3 冷凝热回收的效益分析
3.1节能节水分析
１）供暖
供暖期151天；冷凝热回收135MW；日节水3500吨。
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。
2）供冷
供冷期92天；冷凝热回收135MW；日节水3500吨。
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: 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。
3.2环境效益分析
１）供暖
每年少排灰渣6.6万吨，少排烟尘238吨，少排二氧化硫3002吨，少排氮氧化物1422吨，少排二氧化碳25.4万吨。
2）供冷
每年少排灰渣4万吨，少排烟尘145吨，少排二氧化硫1831吨，少排氮氧化物867吨，少排二氧化碳15.5万吨。
合计: 每年少排灰渣10.6万吨，少排烟尘383吨，少排二氧化硫4833吨，少排氮氧化物2289吨，少排二氧化碳40.9万吨。
3.3经济效益分析
１）供暖
年节能1761264GJ（其中一期939340GJ），每GJ按27元计算，毛收入收4755万元（其中一期2536万元）；年节水52.85万吨，每吨按5元计算，收益264万元。
2）供冷
年节能1073088GJ，每GJ按27元计算，毛收入2896万元；年节水32.2万吨，每吨按5元计算，收益161万元。
合计: 每年节能毛收入7651万元；节水收益425万元。
3.4能效分析
１）2×35MW供热发电机组
　　　锅炉效率89%，管道热损失1%，汽机损失1%，发电机损失1%，发电35MW。
①纯凝汽工况
进汽138吨/时，排汽101.7吨/时，电厂效率31.2%，冷端损失54.8%。凝气工况下如图5、图6所示。

②供热工况1
进汽164吨/时，抽汽40吨/时，排汽79.3吨/时，电厂效率49.0%，冷端损失37.0%，如图7、图8所示。回收冷凝热电厂效率可以达到85%，如图9所示。

③供热工况2
进汽190吨/时，抽汽80吨/时，排汽57吨/时，电厂效率62.4%，冷端损失23.6%，如图10、图11所示。回收冷凝热电厂效率可以达到85%，如图9所示。

凝气工况下电厂供电标煤耗437g/kwh；供热工况1电厂供电标煤耗279g/kwh；热回收供热工况1电厂供电标煤耗160g/kwh；供热工况2电厂供电标煤耗219g/kwh；热回收供热工况2电厂供电标煤耗160g/kwh。2009年全国平均供电标煤耗342g/kwh。供电标煤耗比较如图12和图13所示。

可以看出，纯凝气工况下小机组供电标煤耗远高于全国平均供电标煤耗，是全国平均供电标煤耗的1.28倍; 供热工况1下小机组供电标煤耗低于全国平均供电标煤耗，是全国平均供电标煤耗的82%；热回收供热工况下小机组供电标煤耗远低于全国平均供电标煤耗，仅为全国平均供电标煤耗的47%。
热回收供热工况下机组年平均供电标煤耗270g/kwh。(按机组年运行小时数6000，采暖季151天计算)
２）60MW供热发电机组
锅炉效率89%，管道热损失1%，汽机损失1%，发电机损失1%，发电60MW。
①纯凝汽工况
进汽245吨/时，排汽184吨/时，电厂效率仅为30.1%，冷端损失55.9%。供电标煤耗：未回收冷凝热453g/kwh。

②供热工况1
进汽330吨/时，抽汽150吨/时，排汽103.9吨/时，电厂效率62.1%，冷端损失23.9%，供电标煤耗：220g/kwh。回收冷凝热电厂效率可以达到85%，煤耗：回收冷凝热供电标煤耗160g/kwh。
③供热工况2
进汽341.5吨/时，抽汽170吨/时，排汽93.3吨/时，电厂效率65.2%，冷端损失20.8%，供电标煤耗：210g/kwh。回收冷凝热电厂效率可以达到85%，供电标煤耗：回收冷凝热供电标煤耗160g/kwh。

机组指标参数比较 表２
机组
工况
进汽（t/h）
抽汽（t/h）
热效率（%）
供电煤耗（g/kwh）
35MW
纯凝汽
138
0
31.1
437
供热1
164
40
49.0（85）
279（160）
供热2
190
80
62.4（85）
219（160）
60MW
纯凝汽
245
0
30.1
453
供热1
330
150
62.1(85)
220(160)
供热2
341.5
170
65.2(85)
210(160)
600MW
纯凝汽

36-40
300-290
2009年全国平均供电标煤耗
342
注;括号内的数字为回收冷凝热的值
本工程小热电机组与600MW大型火电机组指标参数比较如表2所示。
小火电效率低煤耗高，而带供热的小热电效率并不低，煤耗并不高，特别是能够回收冷凝热的小热电效率之高，远高于大（600MW及以上）火电；煤耗之低，远低于大（600MW及以上）火电。呼吁对效率高煤耗低的小热电要高抬贵手，不要在压小火电的同时伤及无故。
06年以来全国平均供电标煤耗比较如图17所示。前两年关停小火电供电标煤耗明显下降，07年比06年降低10g/kwh，08年比07年降低12g/kwh，而2009年收效甚微（2009年，全国关停小火电2617万千瓦。“十一五”期间，全国累计关停小火电6006万千瓦，超过计划目标1006万千瓦，），仅比08年降低3g/kwh，说明2009年被关掉的一部分是小热电，通过关停小火电降低供电标煤耗是有限的，今后对火（热）电厂节能主攻方向建议转为冷凝热回收，冷凝热回收潜力巨大，前景广阔，大有可为。

4冷凝热回收的前景预测
4.1节能减排预测
据国家有关部门公布，至2009年低，我国6000千瓦及以上电厂发电设备容量87407万千瓦，其中火电65205万千瓦，可资利用的火电按15000万千瓦（不足四分之一）估计，每发1瓦电回收冷凝热按0.7瓦估计，供暖期按5个月估计，供冷期按3个月估计，每年可回收冷凝热2177.28百万吉焦。如果供热锅炉平均运行效率按60%估算，每年可节标准煤1.2亿吨。如果被改造的有50%的水冷机组，按每兆瓦装机容量年节水1万吨计算，每年节水15亿吨。
每年减排二氧化碳3亿吨，向大气中少排热2177百万吉焦。
4.2市场及经济性预测
按照以上预测，回收冷凝热总装机容量为105000兆瓦，溴化锂吸收式热泵与离心热泵按7:3估算，需要溴化锂吸收式热泵总装机容量73500兆瓦，需要离心热泵总装机容量31500兆瓦。
热价按27元/吉焦计算，每年回收冷凝热收益587.8亿元。水费按5元/吨计算，每年节水收益75亿元。
热指标按50瓦/平方米计算，利用回收的冷凝热可以新增供热面积21亿平方米。
每平方米供热面积投资按80元（热源50元，一次管网和换热站30元）估计，利用冷凝热供热可以拉动投资1680亿元。
5小结
5.1利用冷凝热集中供热是一项节能工程
利用冷凝热集中供热每年可节能2177.28百万吉焦，其中供暖期节能1630.8百万吉焦，供冷期节能546.48百万吉焦；每年可节标准煤1.2亿吨，其中供暖期节标准煤0.75亿吨，供冷期节标准煤0.45亿吨。每年节水15亿吨，其中供暖期节水9.4亿吨，供冷期节水5.6亿吨。
5.2利用冷凝热集中供热是一项环保工程
每年少排灰渣0.8亿吨，少排烟尘29万吨，少排二氧化硫371万吨，少排氮氧化物175万吨，少排二氧化碳3亿吨。每年少排热2177.28百万吉焦。
5.3利用冷凝热集中供热利国利民利企
利用冷凝热集中供热不仅是一项节能环保工程，还是一项造福百姓关切群众冷暖的民生工程，对企业也有一定的经济效益，可谓利国利民利企。
5.4利用冷凝热集中供热前景广阔
利用冷凝热集中供热对空调设备制造商，特别是对大型水源热泵制造商是一个绝好的机会，有着广阔的市场前景。
利用冷凝热集中供热电厂是直接受益者，可以提高电厂的热负荷利用率，降低煤耗，节约用水，提升电厂运行的经济性，同时获得较好的收益。
利用冷凝热集中供热对投资者获取利润也是一个很好的机遇，其市场之大，有利可图。
5.5阳煤冷凝热利用项目具有示范性
在利用高温水源热泵回收电厂冷凝热集中供热的项目中，阳煤冷凝热工程规模是目前最大的，使用了世界上单机容量最大、热水出水温度最高的溴化锂吸收式热泵，为大规模利用电厂冷凝热集中供热提供了一个有效的、可行的思路。
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