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余熱利用

余熱回收技術(shù)在火力發(fā)電行業(yè)中的應(yīng)用

  0 前言
 
  余熱是生產(chǎn)工藝中排放的沒(méi)有被利用的、高于環(huán)境溫度的氣態(tài)（如高溫煙氣）、液態(tài)（如冷卻水）、固態(tài)（如各種高溫鋼材）物質(zhì)所載有的熱能。據(jù)調(diào)查，各行業(yè)的余熱總資源約占其燃料消耗總量的17%～67%，可回收利用的余熱資源約為余熱總資源的60%。
 
  對(duì)于火力發(fā)電行業(yè)，余熱資源主要為冷卻循環(huán)水余熱和鍋爐排煙余熱。當(dāng)前，余熱回收的理論和技術(shù)日趨成熟，通過(guò)吸收式熱泵技術(shù)回收冷卻循環(huán)水余熱以及通過(guò)低溫省煤器回收鍋爐排煙余熱已經(jīng)開(kāi)始規(guī)?；茝V，給火力發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。  與此同時(shí)，國(guó)家出臺(tái)優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)節(jié)能服務(wù)公司采取合同能源管理模式運(yùn)作節(jié)能項(xiàng)目，極大的促進(jìn)了節(jié)能服務(wù)行業(yè)的發(fā)展。
 
  1 循環(huán)水余熱回收
 
  1.1 背景和意義
 
  大型抽凝式供熱機(jī)組通過(guò)冷卻塔（空冷島）排放了大量的汽輪機(jī)排汽余熱，這部分熱量約占燃料總發(fā)熱量的50%～60%，是一種極大的浪費(fèi)。同時(shí)，城市規(guī)模迅速擴(kuò)大，供熱需求增長(zhǎng)迅猛，供熱機(jī)組的裝機(jī)容量已不能滿(mǎn)足城市集中供熱的要求。所以，利用吸收式熱泵回收循環(huán)水的余熱用于城市供暖，既實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排，又能夠增加現(xiàn)有供熱能力，提高城市供熱品質(zhì)，是一項(xiàng)值得大力推廣的新技術(shù)。
 
  1.2吸收式熱泵技術(shù)介紹
 
  吸收式熱泵（即增熱型熱泵），通常簡(jiǎn)稱(chēng)AHP(absorption heat pump)，它以蒸汽、廢熱水為驅(qū)動(dòng)熱源，以溴化鋰溶液為工作介質(zhì)，把低溫熱源的熱量提取到中、高溫?zé)嵩?/a>中，從而提高了能源的品質(zhì)和利用效率。
 
  利用吸收式熱泵回收循環(huán)水余熱，即在電廠供熱首站內(nèi)增設(shè)蒸汽型吸收式熱泵機(jī)組，以汽輪機(jī)抽汽為驅(qū)動(dòng)能源Q1，產(chǎn)生制冷效應(yīng)，回收循環(huán)水余熱Q2，加熱熱網(wǎng)回水。總供熱量為消耗的蒸汽熱量與回收的循環(huán)水余熱量之和Q1+Q2。
 
  吸收式熱泵的供熱量等于從低溫余熱吸收的熱量和驅(qū)動(dòng)熱源的補(bǔ)償熱量之和，即：供熱量始終大于消耗的高品位熱源的熱量（COP>1），故稱(chēng)為增熱型熱泵。根據(jù)不同的工況條件，COP一般在1.65～1.85左右。  驅(qū)動(dòng)熱源可以是0.2～0.8MPa的蒸汽，也可以是燃油或燃?xì)狻?/div>
 
  低溫余熱的溫度≥15℃即可利用，一般情況下，余熱熱水的溫度越高，熱泵能提供的熱水溫度也越高。
 
  1.3 應(yīng)用案例
 
  建投國(guó)融國(guó)泰熱電循環(huán)水余熱利用項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)最早建設(shè)的300MW以上機(jī)組循環(huán)水余熱回收項(xiàng)目之一，其基本建設(shè)情況如表1所示。該項(xiàng)目在河北建投邢臺(tái)國(guó)泰發(fā)電有限責(zé)任公司內(nèi)新建9臺(tái)制熱量為26.3MW的大型吸收式熱泵機(jī)組，以采暖抽氣為驅(qū)動(dòng)熱源，提取#11號(hào)機(jī)組的循環(huán)水余熱，加熱熱網(wǎng)回水向市區(qū)供熱，如圖2所示。該余熱回收系統(tǒng)由蒸汽及疏水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)，熱網(wǎng)水系統(tǒng)組成。
 
  1.3.1 蒸汽及疏水系統(tǒng)  本項(xiàng)目熱泵驅(qū)動(dòng)蒸汽從#11機(jī)五段抽汽供熱網(wǎng)加熱器的環(huán)形母管上接取，蒸汽管道穿出熱網(wǎng)換熱站后在零米布置減溫器，蒸汽經(jīng)噴水減溫后成為飽和蒸汽進(jìn)入熱泵，蒸汽在熱泵內(nèi)放熱凝結(jié)后形成的疏水進(jìn)入凝結(jié)水回收裝置，最后由凝結(jié)水回收裝置配套的水泵升壓后打至熱網(wǎng)疏水箱，與熱網(wǎng)加熱器疏水一起進(jìn)入高壓除氧器回收。
 
  為了調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)蒸汽壓力，保證熱泵設(shè)計(jì)運(yùn)行工況對(duì)蒸汽壓力（表壓0.3MPa）的要求，在#11機(jī)兩臺(tái)熱網(wǎng)加熱器入口管道上均加裝一道電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。
 
  1.3.2 熱網(wǎng)水系統(tǒng)
 
  將外網(wǎng)回水管道用與母管相同的管道接到9臺(tái)熱泵機(jī)組進(jìn)行加熱。熱泵出口的循環(huán)水分別接至原來(lái)的#10、#11機(jī)組熱網(wǎng)加熱器的熱網(wǎng)回水管道上，繼而進(jìn)入兩臺(tái)機(jī)組的熱網(wǎng)加熱器加熱后沿用原來(lái)的熱網(wǎng)供水管道送至熱用戶(hù)。為保證冬季供熱可靠性，在熱泵系統(tǒng)進(jìn)出水干管及熱網(wǎng)回水母管上設(shè)置切換用電動(dòng)閥門(mén)，當(dāng)熱泵機(jī)房故障時(shí)，可將熱泵解列，熱網(wǎng)回水沿原有管路送至熱網(wǎng)加熱器加熱后供給用戶(hù)。
 
  1.3.3 循環(huán)水系統(tǒng)
 
  系統(tǒng)新增兩臺(tái)循環(huán)水升壓泵（不設(shè)備用），安裝在熱泵房的泵坑內(nèi)。從#11機(jī)凝汽器出水循環(huán)水管道上接出兩根管道至兩臺(tái)循環(huán)水升壓泵（50%容量）入口，循環(huán)水升壓泵出口管道連接到熱泵循環(huán)水供水母管上，循環(huán)水通過(guò)熱泵后回流到一根循環(huán)水出水母管，出水母管設(shè)兩條回路，通過(guò)電動(dòng)閥門(mén)、調(diào)節(jié)閥分別與#10機(jī)凝汽器出口、#11機(jī)凝汽器入口循環(huán)水管道相連接。
 
  1.3.4 節(jié)能減排效果
 
  通過(guò)循環(huán)水余熱回收系統(tǒng)，國(guó)泰熱電的循環(huán)水不再全部依靠冷卻塔降溫，而是部分作為熱泵的低溫?zé)嵩矗厥樟嗽景装桌速M(fèi)的循環(huán)水余熱，并加熱一次熱網(wǎng)水實(shí)現(xiàn)對(duì)外供熱。在采暖期內(nèi)，該項(xiàng)目回收循環(huán)水余熱量為98.5MW，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為13.456t/h，按采暖期2880h計(jì)算，年回收余熱量為102萬(wàn)GJ，折合標(biāo)煤3.875萬(wàn)噸，減少CO2氣體排放10.7萬(wàn)噸，同時(shí)減少排放35.5t煙塵、270噸SO2以及477.3噸NOx。
 
  2 鍋爐排煙余熱回收
 
  2.1 背景和意義  鍋爐排煙熱損失是電站鍋爐運(yùn)行中最重要的一項(xiàng)熱損失，占鍋爐熱損失的60%--70%。影響鍋爐排煙熱損失的主要因素是排煙溫度，一般情況下，排煙溫度每增加10℃，排煙熱損失增加0.6%-1%，相應(yīng)多耗煤1.2%-2.4%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)火電廠的鍋爐排煙溫度普遍高于設(shè)計(jì)值20℃-50℃。所以，通過(guò)加裝低溫省煤器回收鍋爐排煙余熱、降低排煙溫度是火電廠節(jié)能降耗的重要途徑。
 
  2.1 低溫省煤器技術(shù)介紹  低溫省煤器是一種加裝于電廠煙道中的煙氣換熱器，一般用于加熱凝結(jié)水或熱網(wǎng)水。低溫省煤器在煙道中有多種布置方案，可以布置在空預(yù)器后、除塵器前，或者在除塵器后、脫硫塔前，也可以在以上兩處同時(shí)串聯(lián)布置。
 
  設(shè)計(jì)低溫省煤器系統(tǒng)時(shí)，必須考慮防止低溫腐蝕、防止積灰與磨損，保證使用壽命在10年以上。還應(yīng)選用恰當(dāng)?shù)?a href="http://www.rijz.cn/t/換熱器.html" >換熱器形式（螺旋翅片、H型翅片等），以減少對(duì)煙氣的阻力，并提高換熱效果。
 
  如果采用凝結(jié)水作為煙氣冷卻介質(zhì)，回收的余熱進(jìn)入汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)，節(jié)約低壓加熱系統(tǒng)的抽氣量，提高汽輪機(jī)的循環(huán)效率，在發(fā)電總功率不變的條件下，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量降低，汽輪機(jī)的汽耗減小。
 
  在供暖期內(nèi)，還可以采用熱網(wǎng)水作為煙氣冷卻介質(zhì)，回收的余熱直接加熱熱網(wǎng)水，減少了采暖抽氣的消耗。
 
  2.3 應(yīng)用案例
 
  建投國(guó)融秦?zé)岚l(fā)電#1爐排煙余熱回收利用項(xiàng)目是華北地區(qū)較早實(shí)施的加裝低溫省煤器回收煙氣余熱的項(xiàng)目之一，現(xiàn)以該項(xiàng)目為例介紹低溫省煤器技術(shù)在電廠中的應(yīng)用以及達(dá)到的節(jié)能減排效果。
 
  秦皇島秦?zé)岚l(fā)電有限責(zé)任公司1#、2#號(hào)爐是東方鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)制造的DG1025/17.4-II1型CFB鍋爐。該型鍋爐整體呈左右對(duì)稱(chēng)H型布置，4臺(tái)高溫旋風(fēng)分離器布置在鍋爐兩側(cè)，采用外置換熱器控制床溫及再熱汽溫。由于燃用煤質(zhì)變化，鍋爐的實(shí)際排煙溫度遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值，造成巨大的能量浪費(fèi)，故而實(shí)施了#1爐排煙余熱回收利用項(xiàng)目。
 
  鍋爐原有煙道進(jìn)行改造，在空預(yù)器后，除塵器前的煙道段上加裝低溫省煤器，如圖3所示。為實(shí)現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益，在系統(tǒng)方案中設(shè)計(jì)兩套冷卻介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)切換運(yùn)行，即非供熱期采用凝結(jié)水作為煙氣冷卻介質(zhì)，加熱汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的凝結(jié)水，在供暖季采用熱網(wǎng)水作為煙氣冷卻介質(zhì)，直接加熱熱網(wǎng)回水。
 
  圖3 鍋爐排煙余熱回收系統(tǒng)示意圖  Figure 3 Schematic diagram of the boiler flue gas heat recovery system  通過(guò)對(duì)煤質(zhì)分析計(jì)算，控制合理的管壁溫度，以保證受熱面在酸露點(diǎn)以上，防止低溫腐蝕。在換熱器的選型方面，采用H型翅片換熱器，以擴(kuò)展受熱面積，強(qiáng)化傳熱，減少系統(tǒng)阻力，同時(shí)通過(guò)合理設(shè)計(jì)煙氣流速和采用聲波吹灰器，實(shí)現(xiàn)減少積灰與降低磨損等作用，提高了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。  該項(xiàng)目實(shí)施后，在沒(méi)有增加鍋爐燃料的前提下，使得汽輪機(jī)循環(huán)的吸熱量增大，提高了循環(huán)效率，年節(jié)約標(biāo)煤消耗11234噸，減少CO2排放3.3萬(wàn)噸，減少SO2排放133.7噸，減少NOx排放76.9噸，減少粉塵排放12.5噸，節(jié)能減排效果顯著。
 
  3 節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的新型商務(wù)模式  3.1 合同能源管理模式介紹  為推動(dòng)節(jié)能服務(wù)行業(yè)的發(fā)展，國(guó)家出臺(tái)優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)節(jié)能服務(wù)公司采取合同能源管理模式進(jìn)行項(xiàng)目運(yùn)作。合同能源管理模式已成為節(jié)能服務(wù)行業(yè)壯大和節(jié)能技術(shù)推廣的強(qiáng)力助推劑。  合同能源管理是節(jié)能服務(wù)公司通過(guò)與客戶(hù)簽訂節(jié)能服務(wù)合同，為客戶(hù)提供包括：能源審計(jì)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)、項(xiàng)目融資、設(shè)備采購(gòu)、工程施工、設(shè)備安裝調(diào)試、人員培訓(xùn)、節(jié)能量確認(rèn)和保證等一整套的節(jié)能服務(wù)，并從客戶(hù)進(jìn)行節(jié)能改造后獲得的節(jié)能效益中收回投資和取得利潤(rùn)的一種商業(yè)運(yùn)作模式。
 
  3.2 合同能源管理模式的類(lèi)型  在合同期間，節(jié)能服務(wù)公司與客戶(hù)分享節(jié)能效益，在節(jié)能服務(wù)公司收回投資并獲得合理的利潤(rùn)后，合同結(jié)束后，全部節(jié)能效益和節(jié)能設(shè)備歸客戶(hù)所有。合同能源管理主要有以下幾個(gè)類(lèi)型：
 
  1）節(jié)能效益分享型：節(jié)能改造工程前期投入由節(jié)能服務(wù)公司支付，客戶(hù)無(wú)需投入資金。
 
  項(xiàng)目完成后，客戶(hù)在一定的合同期內(nèi)，按比例與節(jié)能服務(wù)公司分享由項(xiàng)目產(chǎn)生的節(jié)能效益。
 
  此類(lèi)型是國(guó)家《合同能源管理財(cái)政獎(jiǎng)勵(lì)資金管理暫行辦法》規(guī)定中財(cái)政支持對(duì)象。
 
  2）節(jié)能效益支付型：客戶(hù)委托公司進(jìn)行節(jié)能改造，先期支付一定比例的工程投資，項(xiàng)目完成后，經(jīng)過(guò)雙方驗(yàn)收達(dá)到合同規(guī)定的節(jié)能量，客戶(hù)支付余額，或用節(jié)能效益支付。
 
  3）節(jié)能量保證型：節(jié)能改造工程的全部投入由公司先期提供，客戶(hù)無(wú)需投入資金，項(xiàng)目完成后，經(jīng)過(guò)雙方驗(yàn)收達(dá)到合同規(guī)定的節(jié)能量，客戶(hù)支付節(jié)能改造工程費(fèi)用。
 
  3.3 合同能源管理模式的優(yōu)勢(shì)  合同能源管理模式是一種先進(jìn)的、雙贏的商務(wù)模式，不僅僅是一種產(chǎn)品或技術(shù)的推銷(xiāo)，更是一種減少能源成本的財(cái)務(wù)管理方法的推銷(xiāo)，能夠極大的調(diào)動(dòng)供需雙方的積極性。主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)：
 
  1）幫助客戶(hù)改善現(xiàn)金流：客戶(hù)只付出少量的初始投資或者零投資，可以把有限的資金投資在更優(yōu)先的投資領(lǐng)域。
 
  2）使客戶(hù)規(guī)避技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)：節(jié)能服務(wù)公司可向用戶(hù)承諾節(jié)能量，并保證在項(xiàng)目實(shí)施的整個(gè)過(guò)程中安全、平穩(wěn)運(yùn)行。
 
  3）技術(shù)應(yīng)用與管理更加專(zhuān)業(yè)化：無(wú)論從技術(shù)層面還是運(yùn)行管理層面，節(jié)能服務(wù)公司往往比客戶(hù)更加專(zhuān)業(yè)，最大程度的保證項(xiàng)目的建設(shè)、實(shí)施和運(yùn)行效果。
 
  4）產(chǎn)業(yè)附加值高：對(duì)節(jié)能服務(wù)公司來(lái)說(shuō)，不僅僅提供產(chǎn)品和技術(shù)，還提供了資金和服務(wù)，其附加值更高，能夠?yàn)楣?jié)能服務(wù)公司帶來(lái)更大的利潤(rùn)和穩(wěn)定的現(xiàn)金流。
 
  4 結(jié)論
 
  隨著煤炭價(jià)格的高漲，火電企業(yè)遇到了前所未有經(jīng)營(yíng)壓力，甚至出現(xiàn)了全行業(yè)虧損的局面。利用先進(jìn)技術(shù)回收余熱資源已經(jīng)成為提高生產(chǎn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)的重要手段。  本文介紹的兩種余熱回收技術(shù)，分別針對(duì)火電企業(yè)的兩大主要余熱資源，循環(huán)水余熱和鍋爐排煙余熱，提供了切實(shí)可行的解決方案，節(jié)能效果非常顯著，值得大力推廣。
 
  另外，先進(jìn)節(jié)能技術(shù)的推廣離不開(kāi)創(chuàng)新商務(wù)模式。河北建投國(guó)融能源服務(wù)股份有限公司作為河北省首家大型能源服務(wù)公司，在項(xiàng)目運(yùn)作中積極倡導(dǎo)和實(shí)踐合同能源管理模式，以期實(shí)現(xiàn)節(jié)能服務(wù)公司和客戶(hù)企業(yè)的互利共贏。
 
  本文中的兩個(gè)案例均為河北建投國(guó)融能源服務(wù)股份有限公司以節(jié)能效益分享模式運(yùn)作的實(shí)際項(xiàng)目。項(xiàng)目的所有投資均由節(jié)能服務(wù)公司承擔(dān)，緩解了客戶(hù)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)壓力；項(xiàng)目的節(jié)能效果也由節(jié)能服務(wù)公司保證，客戶(hù)企業(yè)不承擔(dān)任何技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，并在整個(gè)效益分享期內(nèi)得到專(zhuān)業(yè)的技術(shù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)效益的最大化。