热电循环水余热利用项目可行性研究报告.docx

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热电循环水余热利用项目可行性研究报告

1概述3

1.1设计依据和设计范围3

1.2工作过程4

2设计基础资料4

2.1厂址位置4

2.2地址、地震、水文气象4

2.3循环水水质5

2.4煤质资料6

3热负荷分析7

3.1供热现状7

3.2项目建设的必要性9

3.3建设规模9

4热泵循环技术的利用10

4.1吸收式热泵说明及原理11

4.2本工程选用吸收式热泵的参数14

5工程设想15

5.1总平面布置15

5.2电厂设备参数19

5.3热泵站布置20

5.4水工部分22

5.5电气部分26

5.6热工控制28

5.7土建部分30

6节能和合理使用能源30

6.1吸收式热泵30

6.2电动机30

6.3管道散热损失30

7环境保护30

7.1环保概况30

7.2环境效益分析32

7.3社会影响分析33

8电厂劳动安全和工业卫生34

8.1执行的有关主要规程、规范34

8.2主要防治措施34

8.3劳动安全及工业卫生机构与设施35

8.4安全教育35

9主要设备材料清册35

10投资估算及财务分析38

10.1投资估算38

10.2财务分析41

11结论及建议42

11.1结论42

11.2建议43

1概述

河北某发电有限责任公司位于河北省某市南郊，京广铁路及107国道的西侧，距市中心约6公里，公司是由原某发电厂于1998年改制组建的发电公司。

某发电厂始建于1970年，一、二期工程于1975年建成，共装机3台发电总容量100MW，按照国家政策，已于2002年5月底全部退役。

从1983年7月至1992年10月，在一、二期工程以东600米的新厂区连续进行了第三、第四、第五期工程的扩建，共装机6台200MW超高压一次中间再热国产机组，1999年起，又对其中的5台汽轮机进行了通流部分改造，使之额定出力达到220MW；

2005年，扩建两台300MW供热机组（10、11号机），锅炉采用北京巴布科克·威尔科克斯有限公司生产的B&WB－1025/17.5－M型锅炉，为亚临界参数、自然循环、一次中间再热、固态排渣、单炉膛单汽包平衡通风、露天布置、全钢构架的П型煤粉锅炉。

汽轮机为东方汽轮机厂制造的亚临界压力、一次中间再热300MW，单轴2缸2排汽采暖抽汽、凝汽式汽轮机。

发电机为东方电机股份有限公司设计制造的300MW水氢氢冷却汽轮发电机，采用静态励磁。

设计供热面积为1100万平方米。

受建投国融公司委托，本项目对电厂循环水余热利用进行可行性研究，实现能源的高效利用，符合国家“节能减排”的国策。

1.1设计依据和设计范围

1.1.1设计依据

1）河北建投国融能源服务有限公司委托。

2）“某某2*300MW热电厂循环水余热回收项目技术方案”

3）某电厂各专业施工图、竣工图。

4）某电厂提供的运行数据。

5）有关的法令、法规、标准及专业技术规程等。

1.1.2设计范围

1）吸收式热泵及附属管道系统。

2）新设循环水升压泵及附属管道系统。

3）余热利用项目厂用电6kV/380V电气连接方式。

4）设置必要的测量仪表对各介质压力，温度，流量进行测量。

5）热泵站结构设计，工艺系统设计，电气及控制系统。

6）投资估算及经济效益分析。

1.2工作过程

受国融公司邀请，2011年4月26日我院汽机、暖通专业技术人员与国融公司领导和技术人员一同赴某电厂，与某某公司有关领导和技术人员就循环水余热利用有关问题进行了广泛的交流，并查看现场。

2011年5月13日，我院接到国融公司委托函《关于委托建投国融某热电循环水余热利用项目设计的函》，2011年5月16日，我院组织汽机、暖通、水工、土建等专业技术人员再次赴某电厂，对蒸汽参数、汽轮机热平衡进行讨论，并对热泵机房位置进行初选。

随后，我院汽机专业人员与汽机厂密切联系，对汽轮机供热工况的不同抽汽量工况进行热平衡计算。

随着工作深入，2011年6月13日，在某电厂召开有关技术问题评审会，对蒸汽参数、循环水参数、厂址选择等重要问题进行了讨论，并达成一致意见。

2设计基础资料

2.1厂址位置

河北某某发电有限责任公司位于河北省某市南郊，西距某煤矿2.5km，东与京广铁路及107国道相距1.5km，北距东由留村1.5km，距离东由留村北部的七里河约2.5km，距市中心约6公里。

2.2地址、地震、水文气象

2.2.1工程地质

某电厂位于太行山东麓山前冲洪积倾斜平原，北为七里河，南为大沙河，东靠京广铁路，西与某煤田毗邻，地势较为平坦，地面标高73.07～75.46m，地形上属七里河、大沙河之河间地块地貌单元。

本工程建设场地地层为第四系冲洪积地层，岩性交错沉积，相变复杂频繁，地层厚度变化较大。

2.2.2地震

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），某市一般建设工程抗震设防要求地震动峰值加速度按0.10g，地震动反应谱特征周期按0.40s，对应地震基本烈度为Ⅶ度。

2.2.3气象条件

-极端最高气温41.8℃

-极端最低气温-22.4℃

-年平均气温13.5℃

-年平均相对湿度63%

-年平均气压100.2kPa

-年降水总量529.3mm

-年平均风速1.9m/s

-最大风速15.7m/s

-全年主导风向SSE、S

2.3循环水水质

循环水补充水采用某水业集团金源中水开发有限公司来水+冀中能源某矿污水处理厂来水+某市朱庄供水有限公司来水+弱酸离子交换器出水。

循环水处理采用TS系列缓蚀阻垢剂，浓缩倍率控制在3.5以下,未来预期浓缩倍率控制在5以下。

表2-1中水处理系统出水水质控制标准

序号

检测项目

单位

控制标准

7.0-8.5

CODcr

mg/L

≤40

BOD5

mg/L

≤5.0

mg/L

≤5.0

NH4-N

mg/L

≤1.0

总磷（P计）

mg/L

≤0.5

浊度

NTU

≤3.0

粪大肠细菌

个

≤1000

溶解性固体

mg/L

≤1000

Ca2+

mg/L

30-90

Mg2+

mg/L

≤30

Cl-

mg/L

≤250

总碱度

mg/L

50-150

SO42-

mg/L

≤125

游离余氯

mg/L

末端0.1-0.2

表2-2热泵机组热源水分析控制指标

循环水

单位

项目

指标

mg/l

﹤8.4

电导率

≤2500

µs/cm

Ca2+

≤350

mg/l

Mg2+

≤150

mg/l

Cl-

≤500

mg/l

浊度

≤20

NTU

C0Dcr

－

mg/l

BOD5

－

mg/l

氨氮

≤3

mg/l

总铁

﹤1.0

mg/l

碱度

﹤7.5

mmol/l

余氯

0.5～1.0

mg/l

腐蚀率

碳钢<0.075；不锈钢<0.005

毫米/年

2.4煤质资料

表2-3煤质分析

项目

符号

单位

设计煤种

上校核煤种

下校核煤种

煤成分

全水分

6.80

8.00

5.20

空气干燥基水分

Mad

0.83

1.25

1.06

收到基灰分

Aar

27.55

21.82

30.91

收到基挥发分

Var

10.09

12.26

8.39

可燃基挥发分

Vdaf

14.98

17.47

13.13

收到基碳

Car

59.73

64.30

59.00

收到基氢

Har

2.81

3.09

2.10

收到基氧

Oar

0.61

0.62

0.58

收到基氮

Nar

0.80

0.67

0.71

收到基全硫

St,ar

1.70

1.50

收到基低位发热量

Qnet.ar

MJ/kg

22.75

24.54

21.94

哈氏可磨指数

HGI

煤灰变形温度

1500

煤灰软化温度

1500

煤灰半球温度

1500

煤灰流动温度

1500

固定碳

FCar

55.56

57.92

55.50

表2-4灰分析资料

项目

符号

单位

设计煤种

上校核煤种

下校核煤种

灰成分

煤灰中二氧化硅

SiO2

53.61

51.44

53.80

煤灰中三氧化二铝

Al2O3

26.01

31.83

35.43

煤灰中三氧化二铁

Fe2O3

4.73

5.3

5.6

煤灰中氧化钙

CaO

0.46

1.78

0.61

煤灰中氧化镁

MgO

0.63

0.05

0.22

煤灰中氧化钠

Na2O

0.08

0.11

0.14

煤灰中氧化钾

K2O

0.23

0.15

0.23

煤灰中二氧化钛

TiO2

1.06

1.44

1.35

煤灰中三氧化硫

SO3

0.51

2.37

0.39

煤灰中五氧化二磷

P2O5

0.12

0.02

未检出

不明物

12.56

0.51

2.23

3热负荷分析

3.1供热现状

某某热电厂热网主要覆盖铁路以西的区域。

电厂在城区外南端，供热负荷主要分布在铁路以西的城区的区域，电厂距离热负荷中心约8公里，城市供热负荷的主要发展方向为向北发展，末端负荷距离电厂超过10公里。

某某热电厂设计热网额定供水量为11000t/h，设计供水温度130℃，设计回水温度70℃。

2010年冬季实际供暖面积已达近1100万平方米，根据电厂提供的统计表，2010年峰值负荷为484MW（1742GJ/h），耗汽量约800t/h，已接近额定抽汽量。

供水温度一般在100～116℃，回水温度一般在56～63℃范围内变化，供水压力为1.3MPa，回水压力为0.26MPa。

下表为2010年某热电供热首站实测数据统计表。

表3-1某热电供热首站实测数据统计表（整个供热期）

序号

日期

时间

热网加热器

回水

温度

供水

温度

蒸汽

压力

热网水

流量

累积

供热量

℃

MPaG

m3/h

2010.11.20

83.6

5449

131021

50.4

84.1

5718

135918

12:

49.6

83.5

5925

141018

18:

5965

145982

24:

48.6

84.1

6022

150643

2010.12.10

61.7

102.2

5982

577926

61.7

101.2

5999

584257

12:

61.7

100.2

6143

589819

18:

61.6

101.7

6056

595152

24:

61.5

101.2

6039

601811

2010.12.20

101

7073

872207

12:

61.9

102.8

7086

879665

16:

62.6

101.7

7041

886372

20:

104.6

7048

892853

24:

61.6

103

7238

900277

2011.1.10

57.2

107.5

7653

1602083

12:

57.2

107.6

7543

1611618

16:

56.9

107.2

7531

1619744

20:

56.5

108.4

7605

1630903

24:

56.8

107.7

7685

1640472

2011.1.20

56.6

106.7

8086

1990292

12:

56.3

105.8

8206

2001516

16:

56.4

105.6

8187

2011689

20:

55.6

106.9

8115

2022019

24:

55.4

105.1

8230

2031746

2011.2.10

56.6

100.1

8011

2800946

12:

58.5

103.3

8132

2810087

16:

57.3

101.5

8285

2818643

20:

57.5

101.4

8190

2827355

24:

57.3

100.8

8209

2836490

2011.2.20

56.4

99.9

7433

3156579

12:

56.8

99.4

7494

3165071

16:

55.9

7615

3173032

20:

56.8

99.6

7522

3181180

24:

55.9

98.7

7590

3188960

2011.3.10

58.1

89.7

6692

3662981

12:

57.8

90.6

6518

3669144

16:

57.3

91.3

6461

3675017

20:

59.9

89.3

6539

3678450

24:

59.6

88.5

6548

3682650

3.2项目建设的必要性

根据河北省电力勘测设计研究院2010年12月《某市城市热电联产规划（待审版）》调查数据，某市供热面积年增长率为5.5%，面临城市快速发展，供热需求也越来越大。

根据供热现状的分析，2010年某公司供热抽汽已接近额定抽汽量。

因此，对原供热系统进行节能改造，充分利用电厂凝结水余热对外供热已成当务之急。

3.3建设规模

某某热电厂设计热网额定供水量为11000t/h，设计供水温度130℃，设计回水温度70℃。

由《2010年某热电供热首站实测数据统计表》可知，其实际回水温度一般为56～63℃，回水温度取55℃与实际运行工况较为接近，又根据吸收式热泵工作原理可知，将回水水温升高至75℃时，热泵效率较高，超过75℃时，COP开始下降，因此，设定热泵热水进出口温度区间为55~75℃较为适宜，则根据额定流量11000t/h，可得到热泵最大供热量为255MW。

根据《2010年某热电供热首站实测数据统计表》，可得2010年供热量柱状图如下：

图3-12010年供热量柱状图

由于实测数据统计表存在较长时间的间隔，部分数据出现较大跳跃，但从统计表40个时间点数据来看，基本能够反映全年热负荷变化规律。

从柱状图可以看出，供暖期开始至2010年12月10日，2011年3月10日至供暖期结束，供热负荷在200至300MW之间，其他时段均超过300MW。

因此，将热泵的最大供热量定为255MW即符合热网实际运行，又能在大部分时间处于满负荷状态。

4热泵循环技术的利用

随着环境、气候的逐渐恶化，发展低碳经济、促进可持续发展成为人类社会未来发展的必然选择。

我国已成为世界上最大的温室气体排放国之一，“节能减排降耗”是“十二五”期间我国社会经济发展的一个重要核心。

2009年9月联合国气候变化峰会和12月的哥本哈根气候变化谈判会议上，我国政府明确量化碳减排目标（到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%至45%），展示了中国在应对气候变化、履行大国责任方面的积极态度。

这充分表明我国不再单纯追求经济的增长速度，而是更加强资源的有效利用，关注可持续增长。

“节能减排降耗”已被摆在前所未有的战略高度。

而提高能源利用率、加强余热回收利用是节约能源、降低碳排放、保护环境的根本措施。

在电力、冶金、化工、纺织、采油、制药等行业的工艺生产过程中，往往会产生大量的废热（废蒸汽、废热水等），若不加以利用，不仅造成能源浪费，而且污染环境。

在众多的节能技术中，吸收式热泵余热回收技术以其高效节能和具有显著经济效益的特点，尤为引人注目。

吸收式热泵以蒸汽或溴化锂溶液作为工质，对环境没有污染，不破坏大气臭氧层，而且具有高效节能的特点。

可以配备蒸汽或溴化锂吸收式热泵，回收利用工艺产生的废热，达到节能、减排、降耗的目的。

此外，吸收式热泵还可以吸收利用地下水、地表水、城市生活污水等低品位热源的热量，同样可以达到节能降耗的目的。

同时，对于作为集中供热主热源的热电厂而言，存在两个关键问题有待解决。

一是汽轮机抽汽在加热一次网回水的过程中存在很大的传热温差，造成巨大的传热不可逆损失。

二是目前大型抽凝式供热机组存在着大量的汽轮机凝汽器余热通过冷却塔排放掉，白白浪费。

额定抽汽量为400t/h的300MW供热机组该部分热量约占燃料燃烧总发热量的20%，相当于供热量的50%左右。

为保证汽轮机末端的正常工作，将这部分热量用于供热，相当于在不增加电厂容量，不增加当地污染物排放，耗煤量和发电量都不变的情况下，扩大了热源的供热能力，为集中供热系统提供的热量可增加50%，提高了电厂的综合能源利用效率，同时可以减少电厂循环冷却水蒸发量，节约水资源，并减少向环境排放的热量，具有非常显著的经济、社会与环境效益。

本项改造工程基于吸收式热泵技术，具有如下特点：

1）电厂的循环水不再全部依靠冷却塔降温，而是部分作为各级热泵的低温热源，原本白白排放掉的循环水余热资源可以回收并加入到一次网实现对外供热，约提高热电厂额定供热能力的17.3%，提高全厂综合能源利用效率约7.0%；

2）各级吸收式热泵仍采用电厂原本用于供热的蒸汽热源，这部分蒸汽的热量最终仍然进入到一次网中，而利用了凝汽器循环水提供的部分热量，可减少了汽轮机的抽汽量，增加汽轮机的发电能力，提高系统整体能效；

3）各级吸收式热泵提高一次网加热循环水入口温度，降低热网加热器传热温差，降低了热网加热器耗汽量；

4.1吸收式热泵说明及原理

4.1.1吸收式热泵的说明

吸收式热泵（即增热型热泵），通常简称AHP（absorptionheatpump），它以蒸汽、废热水为驱动热源，把低温热源的热量提高到中、高温热源中，从而提高了能源的品质和利用效率。

吸收式热泵原理，即在电厂首站内设置蒸汽型吸收式热泵。

如图4-1，以汽轮机抽汽为驱动能源Q1，产生制冷效应，回收循环水余热Q2，加热热网回水。

得到的有用热量（热网供热量）为消耗的蒸汽热量与回收的循环水余热量之和Q1+Q2。

见图4-1。

图4-1吸收式热泵回收余热示意图

4.1.2吸收式热泵原理

主要介绍溴化锂吸收式热泵的原理及选用原则，并列举其在国内外工业生产、生活中的成功应用。

图4-2吸收式热泵原理图

溴化锂吸收式热泵包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、热交换器、屏蔽泵（冷剂泵、溶液泵）和其他附件等。

它以蒸汽为驱动热源，在发生器内释放热量Qg，加热溴化锂稀溶液并产生冷剂蒸汽。

冷剂蒸汽进入冷凝器，释放冷凝热Qc加热流经冷凝器传热管内的热水，自身冷凝成液体后节流进入蒸发器。

冷剂水经冷剂泵喷淋到蒸发器传热管表面，吸收流经传热管内低温热源水的热量Qe，使热源水温度降低后流出机组，冷剂水吸收热量后汽化成冷剂蒸汽，进入吸收器。

被发生器浓缩后的溴化锂溶液返回吸收器后喷淋，吸收从蒸发器过来的冷剂蒸汽，并放出吸收热Qa，加热流经吸收器传热管的热水。

热水流经吸收器、冷凝器升温后，输送给热用户。

屏蔽泵的做功与以上几种热量相比，基本上可以不用考虑，因此可以列出以下平衡式：

吸收式热泵的输出热量为Qa+Qc，则其性能系数COP：

由以上两式可知：

吸收式热泵的供热量等于从低温余热吸收的热量和驱动热源的补偿热量之和，即：

供热量始终大于消耗的高品位热源的热量（COP>1），故称为增热型热泵。

根据不同的工况条件，COP一般在1.65～1.85左右。

由此可见，溴化锂吸收式热泵具有较大的节能优势。

吸收式热泵提供的热水温度在75℃时COP较高，一般不超过98℃，热水升温幅度越大，则COP值越小。

驱动热源可以是0.2～0.8MPa的蒸汽，也可以是燃油或燃气。

低温余热的温度≥15℃即可利用，一般情况下，余热热水的温度越高，热泵能提供的热水温度也越高。

4.1.3在电厂的应用：

图4-3为吸收式热泵在电厂回收余热的应用。

汽轮机凝汽器的乏汽原来通过循环水经双曲线冷却塔冷却后排放掉，造成乏汽余热损失，而循环水由26℃经凝气器后温度升为30℃。

现采用吸收式热泵，以30℃的冷却水作为低温热源，以0.5MPa的抽汽作为驱动热源，加热50～80℃左右的采暖用热网回水，循环冷却水降至26℃后再去凝汽器循环利用。

这样可回收循环水余热，提高电厂供热量，即提高了电厂总的热效率。

图4-3电厂利用热泵实例

4.2本工程选用吸收式热泵的参数

根据3.3节建设规模，选定蒸汽型吸收式热泵性能参数如下：

表4-1蒸汽型吸收式热泵性能参数

以下为单台吸收式热泵机组技术参数

项目

单位

规格

机组台数

台

机组型号

RHP263

单台制热量

26292

×104kcal/h

2261

热水

进/出口温度

℃

55→73.5

流量

m3/h

1222.2

水压损失

mH2O

4.4

接管尺寸

400

水室承压

MPaG

0.8

热

源

水

回收余热量

10.94

进/出口温度

℃

34→27.95

流量

m3/h

1555.6

水压损失

mH2O

6.6

接管尺寸

500

水室承压

MPaG

0.8

驱动

蒸汽

蒸汽压力

MPaG

0.3

蒸汽耗量

t/h

23.11

蒸汽温度

℃

饱和

凝水出口背压

MPaG

＜0.02

凝水温度

℃

蒸汽接管尺寸

300×2

凝水接管尺寸

80×2

控制辅

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