余熱回收技術(shù)在火力發(fā)電行業(yè)中的應用

  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。據調查，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?；茝V，給火力發(fā)電企業(yè)帶來(lái)了良好的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。  與此同時(shí)，國家出臺優(yōu)惠政策，鼓勵節能服務(wù)公司采取合同能源管理模式運作節能項目，極大的促進(jìn)了節能服務(wù)行業(yè)的發(fā)展。

 

  1 循環(huán)水余熱回收

 

  1.1 背景和意義

 

  大型抽凝式供熱機組通過(guò)冷卻塔（空冷島）排放了大量的汽輪機排汽余熱，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(shí)，城市規模迅速擴大，供熱需求增長(cháng)迅猛，供熱機組的裝機容量已不能滿(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)現了節能減排，又能夠增加現有供熱能力，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(jiǎn)稱(chēng)AHP(absorption heat pump)，它以蒸汽、廢熱水為驅動(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、高溫熱源中，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(chǎng)供熱首站內增設蒸汽型吸收式熱泵機組，以汽輪機抽汽為驅動(dòng)能源Q1，產(chǎn)生制冷效應，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動(dòng)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(chēng)為增熱型熱泵。根據不同的工況條件，COP一般在1.65～1.85左右。  驅動(dòng)熱源可以是0.2～0.8MPa的蒸汽，也可以是燃油或燃氣。

 

  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 應用案例

 

  建投國融國泰熱電循環(huán)水余熱利用項目是國內最早建設的300MW以上機組循環(huán)水余熱回收項目之一，其基本建設情況如表1所示。該項目在河北建投邢臺國泰發(fā)電有限責任公司內新建9臺制熱量為26.3MW的大型吸收式熱泵機組，以采暖抽氣為驅動(dòng)熱源，提取#11號機組的循環(huán)水余熱，加熱熱網(wǎng)回水向市區供熱，如圖2所示。該余熱回收系統由蒸汽及疏水系統、循環(huán)水系統，熱網(wǎng)水系統組成。

 

  1.3.1 蒸汽及疏水系統  本項目熱泵驅動(dòng)蒸汽從#11機五段抽汽供熱網(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，蒸汽在熱泵內放熱凝結后形成的疏水進(jìn)入凝結水回收裝置，最后由凝結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。

 

  為了調節驅動(dòng)蒸汽壓力，保證熱泵設計運行工況對蒸汽壓力（表壓0.3MPa）的要求，在#11機兩臺熱網(wǎng)加熱器入口管道上均加裝一道電動(dòng)調節閥。

 

  1.3.2 熱網(wǎng)水系統

 

  將外網(wǎng)回水管道用與母管相同的管道接到9臺熱泵機組進(jìn)行加熱。熱泵出口的循環(huán)水分別接至原來(lái)的#10、#11機組熱網(wǎng)加熱器的熱網(wǎng)回水管道上，繼而進(jìn)入兩臺機組的熱網(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，在熱泵系統進(jìn)出水干管及熱網(wǎng)回水母管上設置切換用電動(dòng)閥門(mén)，當熱泵機房故障時(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

 

  系統新增兩臺循環(huán)水升壓泵（不設備用），安裝在熱泵房的泵坑內。從#11機凝汽器出水循環(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(guò)熱泵后回流到一根循環(huán)水出水母管，出水母管設兩條回路，通過(guò)電動(dòng)閥門(mén)、調節閥分別與#10機凝汽器出口、#11機凝汽器入口循環(huán)水管道相連接。

 

  1.3.4 節能減排效果

 

  通過(guò)循環(huán)水余熱回收系統，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熱源，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(shí)現對外供熱。在采暖期內，該項目回收循環(huán)水余熱量為98.5MW，折合標準煤為13.456t/h，按采暖期2880h計算，年回收余熱量為102萬(wàn)GJ，折合標煤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%，相應多耗煤1.2%-2.4%。據統計，國內火電廠(chǎng)的鍋爐排煙溫度普遍高于設計值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(chǎng)節能降耗的重要途徑。

 

  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(chǎng)煙道中的煙氣換熱器，一般用于加熱凝結水或熱網(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。

 

  設計低溫省煤器系統時(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。還應選用恰當的換熱器形式（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。

 

  如果采用凝結水作為煙氣冷卻介質(zhì)，回收的余熱進(jìn)入汽輪機回熱系統，節約低壓加熱系統的抽氣量，提高汽輪機的循環(huán)效率，在發(fā)電總功率不變的條件下，汽輪機的進(jìn)汽量降低，汽輪機的汽耗減小。

 

  在供暖期內，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 應用案例

 

  建投國融秦熱發(fā)電#1爐排煙余熱回收利用項目是華北地區較早實(shí)施的加裝低溫省煤器回收煙氣余熱的項目之一，現以該項目為例介紹低溫省煤器技術(shù)在電廠(chǎng)中的應用以及達到的節能減排效果。

 

  秦皇島秦熱發(fā)電有限責任公司1#、2#號爐是東方鍋爐股份有限公司設計制造的DG1025/17.4-II1型CFB鍋爐。該型鍋爐整體呈左右對稱(chēng)H型布置，4臺高溫旋風(fēng)分離器布置在鍋爐兩側，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)際排煙溫度遠高于設計值，造成巨大的能量浪費，故而實(shí)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)現最大的經(jīng)濟效益，在系統方案中設計兩套冷卻介質(zhì)，實(shí)現切換運行，即非供熱期采用凝結水作為煙氣冷卻介質(zhì)，加熱汽輪機回熱系統的凝結水，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示意圖  Figure 3 Schematic diagram of the boiler flue gas heat recovery system  通過(guò)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(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，以擴展受熱面積，強化傳熱，減少系統阻力，同時(shí)通過(guò)合理設計煙氣流速和采用聲波吹灰器，實(shí)現減少積灰與降低磨損等作用，提高了機組的安全性和經(jīng)濟性。  該項目實(shí)施后，在沒(méi)有增加鍋爐燃料的前提下，使得汽輪機循環(huán)的吸熱量增大，提高了循環(huán)效率，年節約標煤消耗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，節能減排效果顯著(zhù)。

 

  3 節能技術(shù)應用的新型商務(wù)模式  3.1 合同能源管理模式介紹  為推動(dòng)節能服務(wù)行業(yè)的發(fā)展，國家出臺優(yōu)惠政策，鼓勵節能服務(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能服務(wù)行業(yè)壯大和節能技術(shù)推廣的強力助推劑。  合同能源管理是節能服務(wù)公司通過(guò)與客戶(hù)簽訂節能服務(wù)合同，為客戶(hù)提供包括：能源審計、項目設計、項目融資、設備采購、工程施工、設備安裝調試、人員培訓、節能量確認和保證等一整套的節能服務(wù)，并從客戶(hù)進(jìn)行節能改造后獲得的節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(lèi)型  在合同期間，節能服務(wù)公司與客戶(hù)分享節能效益，在節能服務(wù)公司收回投資并獲得合理的利潤后，合同結束后，全部節能效益和節能設備歸客戶(hù)所有。合同能源管理主要有以下幾個(gè)類(lèi)型：

 

  1）節能效益分享型：節能改造工程前期投入由節能服務(wù)公司支付，客戶(hù)無(wú)需投入資金。

 

  項目完成后，客戶(hù)在一定的合同期內，按比例與節能服務(wù)公司分享由項目產(chǎn)生的節能效益。

 

  此類(lèi)型是國家《合同能源管理財政獎勵資金管理暫行辦法》規定中財政支持對象。

 

  2）節能效益支付型：客戶(hù)委托公司進(jìn)行節能改造，先期支付一定比例的工程投資，項目完成后，經(jīng)過(guò)雙方驗收達到合同規定的節能量，客戶(hù)支付余額，或用節能效益支付。

 

  3）節能量保證型：節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，項目完成后，經(jīng)過(guò)雙方驗收達到合同規定的節能量，客戶(hù)支付節能改造工程費用。

 

  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(yíng)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務(wù)管理方法的推銷(xiāo)，能夠極大的調動(dòng)供需雙方的積極性。主要有以下幾個(gè)方面的優(yōu)勢：

 

  1）幫助客戶(hù)改善現金流：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)規避技術(shù)風(fēng)險：節能服務(wù)公司可向用戶(hù)承諾節能量，并保證在項目實(shí)施的整個(gè)過(guò)程中安全、平穩運行。

 

  3）技術(shù)應用與管理更加專(zhuān)業(yè)化：無(wú)論從技術(shù)層面還是運行管理層面，節能服務(wù)公司往往比客戶(hù)更加專(zhuān)業(yè)，最大程度的保證項目的建設、實(shí)施和運行效果。

 

  4）產(chǎn)業(yè)附加值高：對節能服務(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，能夠為節能服務(wù)公司帶來(lái)更大的利潤和穩定的現金流。

 

  4 結論

 

  隨著(zhù)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，建設資源節約型社會(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，節能效果非常顯著(zhù)，值得大力推廣。

 

  另外，先進(jìn)節能技術(shù)的推廣離不開(kāi)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和實(shí)踐合同能源管理模式，以期實(shí)現節能服務(wù)公司和客戶(hù)企業(yè)的互利共贏(yíng)。

 

  本文中的兩個(gè)案例均為河北建投國融能源服務(wù)股份有限公司以節能效益分享模式運作的實(shí)際項目。項目的所有投資均由節能服務(wù)公司承擔，緩解了客戶(hù)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)壓力；項目的節能效果也由節能服務(wù)公司保證，客戶(hù)企業(yè)不承擔任何技術(shù)風(fēng)險，并在整個(gè)效益分享期內得到專(zhuān)業(yè)的技術(shù)服務(wù)，實(shí)現了經(jīng)濟、環(huán)境、社會(huì )效益的最大化。