吸收式热泵循环水余热回收方案在300MW机组的应用

来源:科技视界 作者:李浩 李泽敏 标签: 热电厂循环水 余热回收利用        收藏 0   

2022
03/30
17:35
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导读

当前大容量供热机组存在大量的凝汽器排热,如能用于供热,可显著提高电厂的热效率和城市热网的供热能力,带来非常丰厚的经济效益和社会效益。河北邢台国泰发电公司基于吸收式换热的循环水余热回收工程的建设与运行实践表明该系统运行稳定可靠,主要性能指标达到预期要求。

0 引言

随着城市建筑的不断增加,需要集中供热网为更多的建筑物供暖,但是城市的热源严重不足,而新增热源又会带来环境问题,受到各地环保部门严格控制。热电厂循环水余热回收供热,可以实现能源的高效利用和循环利用,符合国家节能减排的大政方针,亦有利于缓解城市采暖供热用能的矛盾。

1 系统现状

河北邢台国泰发电公司2×300MW工程10、11号汽轮机为东方汽轮机厂生产的N-300-16.7/537/537-8型亚临界、一次中间再热、单轴双缸双排汽采暖抽汽凝汽式汽轮机。汽机额定供汽量为:400t/h,汽机最大供汽量为:625t/h。
汽轮机厂采暖抽汽压力可在0.245MPa~0.688MPa范围调整,由高温热水网将130C°的高温热水送至各小区热力站。本工程最大供热能力为2875GJ/h,对外供热网循环水量11957t/h,厂区热网供水干管管径为2×DN1200。
循环冷却水带走的余热量主要是汽轮机排入凝汽器的蒸汽释放的凝结热。每台机组循环水系统配有两台流量为17640t/h循环水泵,冬季运行一台,凝汽器循环水进出口温度24/35℃。这就意味着有大量的热量通过循环水冷却水塔直接浪费掉,同时通过冷却水塔的蒸发、风吹损失大量循环水。

2 余热回收方案


1)吸收式热泵基本原理

吸收式热泵以低温低压饱和蒸汽作为驱动力,从低温热源(循环水)中回收低品位余热。将蒸汽本身放热和回收余热同时传递给热网水。
蒸发器:吸热时,由冷剂泵将冷剂喷淋到蒸发器的传热管上,传热管表面的冷剂吸收管内热源水的热量而蒸发,使热源水的温度下降。
吸收器:通过喷淋在吸收器传热管上的吸收溶液,吸收由蒸发器产生的冷剂蒸汽。吸收冷剂时产生的吸收热被管内流动的热水带走,使传热管表面的吸收作用持续进行。吸收冷剂蒸汽后,浓度下降的吸收液(以下称为稀溶液),由溶液泵经溶液热交换器送入发生器。
发生器:由溶液泵从吸收器送来的稀溶液,被供给发生器的蒸汽加热。被加热的稀溶液产生冷剂蒸汽,变成浓度较高的吸收液(以下称为浓溶液),通过溶液热交换器被送到吸收器。
冷凝器:在发生器中产生的冷剂蒸汽,被冷凝器传管内流动的热水冷却,冷凝后变成为冷剂液体。冷剂液返回蒸发器,再次被喷淋到蒸发器的传热管上。
溶液热交换器:由吸收器送往发生器的低温稀溶液,与来自发生器高温浓溶液进行热交换,从而提高热泵的热效率。
蒸汽调节阀:用蒸汽调节阀,通过从控制盘传来的信号,根据热负荷的变化调节供给发生器的蒸汽量。由此将热水出口温度控制在设定的值上。
溶液泵、冷剂泵:为了确保高真空,采用了完全封闭型的屏蔽泵。并利用各自的一部分排出液,润滑轴承及冷却电机。
溴化锂溶液的特性决定了它适用于吸收式热泵系统:溴化锂极易溶于水,是一种高效水蒸气吸收剂,44℃失去1分子结晶水,160℃时成为无水物,熔点550℃,沸点1265℃,在大气中不易变质不易分解,在容器中对钢铁有很强的腐蚀作用,但在真空状态下加入缓蚀剂,基本上不腐蚀金属。溴化锂水溶液的水蒸气分压力很低,它比同温度下纯水的饱和蒸汽压力低得多,因而有强烈的吸湿性。因为溴化锂溶液中溴化锂分子对水分子的吸引力比水分子之间的吸引力强,也因为在单位液体容积内溴化锂分子的存在而使水分子的数目减少,所以在相同的温度条件下,液面上单位蒸汽容积内水分子的数目比纯水表面上水分子数目少。由于溴化锂沸点很高,在所采用的温度范围内不会挥发,因此和溶液处于平衡状态的蒸汽的总压力就等于水蒸汽的压力,从而可知温度相等时,溴化锂溶液面上的水蒸气压力小于纯水的饱和蒸汽压力,且浓度越高或温度越低时水蒸汽的分压力越低。也就是说溴化锂溶液具有吸收温度比它低的水蒸气的能力。同理,如果压力相同,溶液的饱和温度一定大于水的饱和温度,由溶液中产生的水蒸汽总是处于过热状态。溴化锂溶液比热容较小,当温度为150℃,浓度为55%时,其比热容约为2kJ/(kg*k),这意味着发生过程中加给溶液的热量比较少,再加上水的蒸发潜热比较大这一特点,将使机组具有较高的热力系数。

2)循环水余热利用方案

系统供设计9台吸收式热泵,热泵驱动蒸汽由五段抽汽提供,通过热泵蒸汽母管上的减温器将蒸汽减温至饱和温度。
系统配备两台50%容量循环水升压泵。从#11机凝汽器出水循环水管上接出两根管道至两台循环水升压泵(50%容量)入口,循环水升压泵供水至热泵循环水供水母管上,供水母管设置两根,循环水通过热泵后回流到循环水出水母管,出水母管设两条回路,其中一条回路通过电动阀、调节阀与#11机凝汽器入口循环水干管相连接;另一条回路通过电动阀、调节阀与#10机凝汽器出口循环水干管相连。系统投运后,两台机组各一台循环水泵低速运行,原循环水泵房外的循环水联络阀门打开,11#冷却塔关闭,10#冷却塔运行,整个热泵机组运行的循环水量为18400m3/h。机组的具体运行流程如下:热泵机组正常运行时,11#冷却塔上塔阀门关闭,旁路门部分开启。循环水通过升压泵进入热泵,经热泵吸收热量后,大部分循环水通过至#11凝汽器进水循环管道电动调节阀、至#11凝汽器进水循环管道电动蝶阀、返回到#11机凝汽器入口,形成一个闭式循环路径;为调节凝汽器出口循环水温度,通过至#10水塔管道电动调节阀、至#10水塔管道电动蝶阀、调节一部分循环水进入#10机凝汽器出口循环水管道,进入10#冷却水塔进行冷却,实现两塔合一的运行方式,提高了冷却水塔的防冻能力。冷却后的这部分循环水经电厂循环水泵打回#11机凝汽器入口,与闭式循环的冷却水进行混合,达到控制温度的目的。电厂循环水泵只起补水作用。
将10、11号机组热网循环水接入到厂区回水母管上,并在厂区回水母管上增设电动关断阀将10、11号机组的热网循环水回水(设计流量11000t/h)全部引至新增的热泵站内,经热泵站母管分别进入9台热泵进行加热,经过热泵加热升温后汇至一根DN1200的母管上接入原有的11号机组热网循环水回水管道上分两路进入10、11号机组热网循环水泵入口。热网循环水经过两台机组的热网循环水泵后分别送入10、11号机组热网加热器继续加热到用户要求的温度对外供热,满足热用户使用要求。

3)节能效果评估

本回收余热系统回收余热为92.7MW,相当于333.72 GJ/h,可增加供热面积185.4万平方米,节约标准煤32659.2吨,年节水44.52万吨,年减排SO2气体1284.3吨。由此可见,吸收式热泵循环水余热利用方案节能效果明显。

3 结论

当前大容量供热机组存在大量的凝汽器排热,如能用于供热,可显著提高电厂的热效率和城市热网的供热能力,带来非常丰厚的经济效益和社会效益。河北邢台国泰发电公司基于吸收式换热的循环水余热回收工程的建设与运行实践表明该系统运行稳定可靠,主要性能指标达到预期要求。
 
 
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