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資源的60%。
 
  對于火力發(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,通過吸收式熱泵技術(shù)回收冷卻循環(huán)水余熱以及通過低溫省煤器回收鍋爐排煙余熱已經(jīng)開始規(guī)模化推廣,給火力發(fā)電企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。  與此同時,國家出臺優(yōu)惠政策,鼓勵節(jié)能服務(wù)公司采取合同能源管理模式運作節(jié)能項目,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。同時,城市規(guī)模迅速擴(kuò)大,供熱需求增長迅猛,供熱機(jī)組的裝機(jī)容量已不能滿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),通常簡稱AHP(absorption heat pump),它以蒸汽、廢熱水為驅(qū)動熱源,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??偣崃繛橄牡恼羝麩崃颗c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)動熱源的補償熱量之和,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
 
  建投國融國泰熱電循環(huán)水余熱利用項目是國內(nèi)最早建設(shè)的300MW以上機(jī)組循環(huán)水余熱回收項目之一,其基本建設(shè)情況如表1所示。該項目在河北建投邢臺國泰發(fā)電有限責(zé)任公司內(nèi)新建9臺制熱量為26.3MW的大型吸收式熱泵機(jī)組,以采暖抽氣為驅(qū)動熱源,提取#11號機(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)  本項目熱泵驅(qū)動蒸汽從#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)動蒸汽壓力,保證熱泵設(shè)計運行工況對蒸汽壓力(表壓0.3MPa)的要求,在#11機(jī)兩臺熱網(wǎng)加熱器入口管道上均加裝一道電動調(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)入兩臺機(jī)組的熱網(wǎng)加熱器加熱后沿用原來的熱網(wǎng)供水管道送至熱用戶。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)置切換用電動閥門,當(dāng)熱泵機(jī)房故障時,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。
 
  1.3.3 循環(huán)水系統(tǒng)
 
  系統(tǒng)新增兩臺循環(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,通過電動閥門、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
 
  通過循環(huán)水余熱回收系統(tǒng),國泰熱電的循環(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?,回收了原本白白浪費的循環(huán)水余熱,并加熱一次熱網(wǎng)水實現(xiàn)對外供熱。在采暖期內(nèi),該項目回收循環(huán)水余熱量為98.5MW,折合標(biāo)準(zhǔn)煤為13.456t/h,按采暖期2880h計算,年回收余熱量為102萬GJ,折合標(biāo)煤3.875萬噸,減少CO2氣體排放10.7萬噸,同時減少排放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行中最重要的一項熱損失,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,國內(nèi)火電廠的鍋爐排煙溫度普遍高于設(shè)計值20℃-50℃。所以,通過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串聯(lián)布置。
 
  設(shè)計低溫省煤器系統(tǒng)時,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://xldcn.com/t/換熱器.html" >換熱器形式(螺旋翅片、H型翅片等),以減少對煙氣的阻力,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
 
  建投國融秦?zé)岚l(fā)電#1爐排煙余熱回收利用項目是華北地區(qū)較早實施的加裝低溫省煤器回收煙氣余熱的項目之一,現(xiàn)以該項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#號爐是東方鍋爐股份有限公司設(shè)計制造的DG1025/17.4-II1型CFB鍋爐。該型鍋爐整體呈左右對稱H型布置,4臺高溫旋風(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,鍋爐的實際排煙溫度遠(yuǎn)高于設(shè)計值,造成巨大的能量浪費,故而實施了#1爐排煙余熱回收利用項目。
 
  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。為實現(xiàn)最大的經(jīng)濟(jì)效益,在系統(tǒng)方案中設(shè)計兩套冷卻介質(zhì),實現(xiàn)切換運行,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  通過對煤質(zhì)分析計算,控制合理的管壁溫度,以保證受熱面在酸露點以上,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,同時通過合理設(shè)計煙氣流速和采用聲波吹灰器,實現(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。  該項目實施后,在沒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  為推動節(jié)能服務(wù)行業(yè)的發(fā)展,國家出臺優(yōu)惠政策,鼓勵節(jié)能服務(wù)公司采取合同能源管理模式進(jìn)行項目運作。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)公司通過與客戶簽訂節(jié)能服務(wù)合同,為客戶提供包括:能源審計、項目設(shè)計、項目融資、設(shè)備采購、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的一種商業(yè)運作模式。
 
  3.2 合同能源管理模式的類型  在合同期間,節(jié)能服務(wù)公司與客戶分享節(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后,合同結(jié)束后,全部節(jié)能效益和節(jié)能設(shè)備歸客戶所有。合同能源管理主要有以下幾個類型:
 
  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,客戶無需投入資金。
 
  項目完成后,客戶在一定的合同期內(nèi),按比例與節(jié)能服務(wù)公司分享由項目產(chǎn)生的節(jié)能效益。
 
  此類型是國家《合同能源管理財政獎勵資金管理暫行辦法》規(guī)定中財政支持對象。
 
  2)節(jié)能效益支付型:客戶委托公司進(jìn)行節(jié)能改造,先期支付一定比例的工程投資,項目完成后,經(jīng)過雙方驗收達(dá)到合同規(guī)定的節(jié)能量,客戶支付余額,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,客戶無需投入資金,項目完成后,經(jīng)過雙方驗收達(dá)到合同規(guī)定的節(jié)能量,客戶支付節(jié)能改造工程費用。
 
  3.3 合同能源管理模式的優(yōu)勢  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,更是一種減少能源成本的財務(wù)管理方法的推銷,能夠極大的調(diào)動供需雙方的積極性。主要有以下幾個方面的優(yōu)勢:
 
  1)幫助客戶改善現(xiàn)金流:客戶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)使客戶規(guī)避技術(shù)風(fēng)險:節(jié)能服務(wù)公司可向用戶承諾節(jié)能量,并保證在項目實施的整個過程中安全、平穩(wěn)運行。
 
  3)技術(shù)應(yīng)用與管理更加專業(yè)化:無論從技術(shù)層面還是運行管理層面,節(jié)能服務(wù)公司往往比客戶更加專業(yè),最大程度的保證項目的建設(shè)、實施和運行效果。
 
  4)產(chǎn)業(yè)附加值高:對節(jié)能服務(wù)公司來說,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,能夠為節(jié)能服務(wù)公司帶來更大的利潤和穩(wěn)定的現(xiàn)金流。
 
  4 結(jié)論
 
  隨著煤炭價格的高漲,火電企業(yè)遇到了前所未有經(jīng)營壓力,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)競爭力,建設(shè)資源節(jié)約型社會的重要手段。  本文介紹的兩種余熱回收技術(shù),分別針對火電企業(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)的推廣離不開創(chuàng)新商務(wù)模式。河北建投國融能源服務(wù)股份有限公司作為河北省首家大型能源服務(wù)公司,在項目運作中積極倡導(dǎo)和實踐合同能源管理模式,以期實現(xiàn)節(jié)能服務(wù)公司和客戶企業(yè)的互利共贏。
 
  本文中的兩個案例均為河北建投國融能源服務(wù)股份有限公司以節(jié)能效益分享模式運作的實際項目。項目的所有投資均由節(jié)能服務(wù)公司承擔(dān),緩解了客戶企業(yè)的經(jīng)營壓力;項目的節(jié)能效果也由節(jié)能服務(wù)公司保證,客戶企業(yè)不承擔(dān)任何技術(shù)風(fēng)險,并在整個效益分享期內(nèi)得到專業(yè)的技術(shù)服務(wù),實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會效益的最大化。