廊坊热电厂热泵系统节能改造及供热能力分析

引言

进入"十三五",国家发改委、国家能源局正式印发《电力发展"十三五"规划》(2016一2020年),其中指出:因地制宜规划建设热电联产项目。在充分利用已有热源且最大限度地发挥其供热能力的基础上,按照"以热定电"的原则规划建设热电联产项目:优先发展背压式热电联产机组。同时,《国务院关于印发"十三五"节能减排综合工作方案的通知》(国发(2016)74号)中明确指出:加快发展热电联产和集中供热,利用城市和工业园区周边现有热电联产机组、纯凝发电机组及低品位余热实施供热改造,淘汰供热范围内的燃煤锅炉。廊坊热电厂设计承担廊坊市区供热面积1400万m2,2018年实际供热面积已达到设计值,随着市区采暖对稳定可靠热源的需求持续加大,现有的供热方式和系统将难以满足外部市场的要求。因此,充分挖掘现有设备的潜力,进行供热系统改造,提高电厂的供热能力,势在必行。

1廊坊热电厂供热系统现状

廊坊热电厂抽汽凝汽式机组总装机容量为2×350MW,采用了新型凝汽器余热回用系统,如图1所示。热网首站采用热泵＋热网加热器两级加热模式。热泵系统以机组0.4MPa、245℃供热抽汽为驱动汽源,提取冷源余热。2×85t/h供热抽汽经减温后进入热泵,凝结成水,温度8o℃。通过闭式凝结水箱回收后,由热泵站内凝结水泵送至热网疏水管道:115oot/h热网回水首先进入热泵一级加热,水温由55℃加热到7o.2℃,再经热网换热器二次加热后对外供热。1328ot/h冷源余热进入热泵,提取余热后,热泵循环工质从3o℃降为24.8℃,进入凝汽器吸热升温后再进入热泵,完成热泵一凝汽器一热泵的闭式循环。

2热泵参数及系统运行

廊坊热电厂采用8台单机制热量为25.4MW(回水温度55℃)的溴化锂吸收式热泵。溴化锂吸收式热泵额定设计工况技术参数如表1所示。

现有设计型式为单机带50%热泵,即单台机组运行只能带4台热泵。在供热期间,如仅一台机组运行,则其余5o%热泵处于备用状态,浪费严重。热泵运行系统图如图2所示。

3改造前供热能力分析

考虑到机组现有供热情况及机组的调峰能力,以余热系统回收热量8oMW为例,模拟计算单台机组低压缸进汽流量为1oot/h的情况下,单机运行与双机运行情况下不同主汽流量时,发电负荷与供热能力的关系。计算结果如表2所示。

由表2可以看出,低压缸进汽流量为1oot/h,主汽流量5oo~1o95t/h变化时,单机带负荷能力变化范围为127.8~271.5MW,单机供热量变化范围为223.o~450.9MW。双机带100%热泵在极寒期(按45w/m2考虑)供热能力变化范围为991.0~2003.8万m2,主汽流量在750t/h以上时,能满足现有供热面积(按1400万m2考虑)的需求,且电负荷能维持在190MW以上。

考虑在供热期,存在一台机组运行的可能性。从表2可以看出,低压缸进汽流量为100t/h,主汽流量500~1095t/h变化时,单机带50%热泵在初末寒期(按20w/m2考虑)的供热能力范围为1114.9~2254.3万m2,主汽流量在650t/h以上时,能满足现有供热面积(按1400万m2考虑)的需求,且电负荷能维持在165MW以上:单机带50%热泵在中寒期(按31.5w/m2考虑)的供热能力范围为707.9~1431.3万m2,主汽流量达到最大进汽流量时,能刚好满足现有供热面积(按1400万m2考虑)的需求:单机带50%热泵在极寒期(按45w/m2考虑)的供热能力范围为495.5~1001.9万m2,主汽流量在最大值时,也不能满足现有供热面积(按1400万m2考虑)的需求。

4热泵系统改造方案及改造后的供热能力分析

目前,单台机组最小低压缸进汽流量设计为100t/h,小机进汽流量最大为63t/h,在机组背压4.9kPa运行时,热泵吸收总乏汽量为130t/h,单机运行已基本满足热泵所需乏汽量,双机运行冷源损失较大。同时,在实际运行过程中,中压缸排汽蝶阀的最小漏汽流量较高于设计值,造成低压缸最小进汽流量增大,且运行调整安全性较差,不能满足机组调峰过程中的安全运行要求。双机运行时,机组运行背压需提高至4.9kPa以上,整体经济性较差,考虑到小机进汽流量和低压缸最低进汽流量,单台机组已具备带100%热泵条件。

4.1改造方案

一台机组进行余热水管道增容改造,即利用主凝结区1/4区(主凝结区为4路进水、4路回水)进回水管路与凝汽器增容改造区余热水进回水相互连通,在改造机组凝汽器增容区回水母管与两台机组余热水回水母管增加联络管,其主要目的为让单台机组余热水量达到13000t/h,满足全部热泵所需余热量。经热泵冷却后,余热水出水回收至主机循环水泵入口前池。改造后余热水系统图如图3所示。

4.2改造后的供热能力分析

结合机组实际运行情况,考虑带100%热泵机组的低压缸进汽流量在100t/h工况下,针对不同主蒸汽流量下机组负荷与供热能力进行模拟计算,结果如表3所示。

从表3可以看出,一台机组带100%热泵(低压缸进汽流量为100t/h),主汽流量500~1095t/h变化时,带100%热泵机组单机带负荷能力变化范围为127.8~271.5MW,单机供热量变化范围为263.0~490.9MW。考虑在供热期,存在一台机组运行的可能性。带100%热泵机组单机在初末寒期(按20w/m2考虑)的供热能力范围为1314.9~2454.3万m2,主汽流量在550t/h以上时,能满足现有供热面积(按1400万m2考虑)的需求,且电负荷能维持在140MW以上:带100%热泵机组单机在极寒期(按45w/m2考虑)的供热能力范围为584.4~1090.8万m2,主汽流量在最大值时,也不能满足现有供热面积(按1400万m2考虑)的需求。

4.3热经济性分析

由以上分析可以得出:改造后,单台热泵可在其他条件一定的情况下,多增加40MW制热量,此制热量在初末寒期、中寒期及极寒期对供热能力的影响如表4所示。

从表4可以看出,单台机组运行时,带100%热泵后,在其他条件一定的情况下,较带50%热泵时,在初末寒期供热能力提高200.0万m2,在中寒期供热能力提高127.0万m2,极寒期供热能力提高88.9万m2。折算下来全年发电标准煤耗降低约2.15g/kw·h,节省标煤0.794万t/年,二氧化碳和二氧化硫排放量分别减少1.728万t和0.0538万t。

5结论

(1)通过热泵系统节能改造,提高了机组的供热能力和供热保障水平,降低了煤耗率。

(2)全年发电标准煤耗率降低约2.15g/kw·h,节省标准煤0.794万t/年。

(3)二氧化碳和二氧化硫排放量分别减少1.728万t和0.0538万t。