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1、熱電聯產乏汽余熱回收技術 王笑吟 清華大學建筑節能研究中心 2019.03.31 0 分攤法 利用分攤法計算熱電聯產的發電煤耗和供熱煤耗 分攤法可以體現能源轉換過程中不同能源品位的差別，根據輸出的熱量的 品位，將熱量轉換為等效電，再和發電量一起分攤輸入的燃煤量： 發電分攤燃煤比例=電/(電+熱折算系數) 供熱分攤燃煤比例=熱折算系數/(電+熱折算系數) 熱網水折算系數= 1 0 ln 名稱單位數值 抽汽流量t/h500 抽汽壓力/溫度MPa.a/0.4/247.4 低壓缸排汽流量t/h229.4 背壓kPa.a9 發電功率MW250.3 供熱功率MW329.2 熱網供回水溫度130/60 名稱2、單位數值 熱網水折算系數0.2577 發電煤耗分攤比例0.747 供熱煤耗分攤比例0.253 總耗煤量kgce/h 95668 （鍋爐效率取93%） 發電分攤耗煤量kgce/h71453 供熱分攤耗煤量kgce/h24215 發電煤耗gce/kWh285.5 供熱煤耗kgce/GJ20.4 300MW空冷供熱機組額定抽汽工況參數 0 265 270 275 280 285 290 295 300 305 310 315 19.019.520.020.521.021.522.022.5 發電煤耗/ gce/kWh 供熱煤耗/ kgce/GJ 名稱抽汽流量 抽汽壓力/溫 度 低壓缸排汽 流量 背壓3、發電功率 抽汽供熱 功率 等效供熱 COP 單位t/hMPa.a/t/hkPa.aMWMW 300MW 供熱機組 空冷5000.4/247.4229.49.0250.3329.24.97 濕冷5000.4/253.1213.65.39258.5330.74.48 300MW 供熱改造 機組 空冷2000.8/326.3468.515.0277.8140.23.98 濕冷3000.8/326.0352.75.39278.2210.23.48 600MW 供熱機組 空冷6000.5/239.8803.515.0601.4391.74.96 濕冷6000.482/263.0410.94.9545.84、399.83.50 600MW 供熱改造 機組 空冷5001.0/357.2710.915.0522.9358.83.79 濕冷3501.0/359.7785.84.9571.8251.72.98 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0246810 300MW供熱改造機組（空冷） 300MW供熱改造機組（濕冷） 600MW供熱改造機組（空冷） 300MW供熱機組（濕冷） 300MW供熱機組（空冷） 600MW供熱改造機組（濕冷） 600MW供熱機組（空冷） 600MW供熱機組（濕冷） 分攤法 熱網供回水溫度130/60 1 背景 電廠乏汽余熱節能潛力巨大 火力發電廠存在大量余熱，因溫度較低5、不能直接利用而通過冷卻塔直接排放 到大氣環境中 將這些火電機組進行供熱改造，使之成為熱電聯產集中供熱熱源，可滿足北 方地區150億平米的供熱面積 回收這部分熱量對于北方城鎮供熱的節能減排意義重大 熱電聯產集中供熱 常規熱源：調整抽汽 IPHPLP LP 320 kPa 主蒸汽 再熱蒸汽 供水 100130 S 回水 5060 0.21.0 MPa 空冷 凝汽器 濕冷 冷卻塔 乏汽余熱 占30%以上 S 2 熱電聯產余熱回收供熱方式 低壓缸轉子光軸改造和切除低壓缸供熱技術 相當于背壓機的供熱方式，高參數的中壓缸排汽用去直接加熱熱網回水 低壓缸光軸改造 （采暖季用） 原低壓缸轉子 （非采暖季用） 6、低壓缸 熱網回水熱網供水 中壓缸排汽（+） 熱網 加熱器 2 熱電聯產余熱回收供熱方式 高背壓直接換熱供熱方式 在抽汽工況的基礎上提高背壓或進行換轉子改造，熱網回水先和低壓缸排汽 直接換熱，可減少一部分抽汽尖峰加熱量，抽汽流量更少，用去多發電 抽汽 熱網回水 熱網供水 熱網 加熱器 S 汽輪機 凝汽器 低壓缸雙轉子互換改造 （采暖季用） 原低壓缸轉子 （非采暖季用） 吸收式熱泵供熱方式 以抽汽做驅動力提取乏汽余熱 2 熱電聯產余熱回收供熱方式 熱網回水熱網供水 抽汽 汽-水換熱器吸收式熱泵 汽輪機 乏汽 水源吸收式熱泵 乏汽源吸收式熱泵 2 熱電聯產余熱回收供熱方式 以上幾種電廠余熱回收技術，7、在常規熱網回水溫度下，采 用簡單的單元制加熱流程，仍存在很大的換熱損失，煤耗 并沒有有效降低，不是合理的余熱回收方式 40 60 80 100 120 140 160 01 T Q 60 130 0.41.0MPa 中壓缸排汽 一次網熱水 需要熱源、熱網結合一體化考慮，電廠回收余熱的工藝流 程要結合梯級利用的方式進行優化，不能僅僅考慮熱源自 身的改造 282 284 286 288 290 292 20.220.320.420.520.620.720.8 發電煤耗/ gce/kWh 供熱煤耗/ kgce/GJ 20.7192954720.74272816 20.2668403220.512378、025切除低壓缸供熱方式熱源 與熱網的換熱損失圖利用分攤法計算各供熱方式的發電和供熱煤耗 抽汽供熱切缸供熱 換轉子供熱（1臺機組）吸收式熱泵供熱（1臺機組） 3 20 吸收式換熱 常規水水換熱 一次網一次網 火火積損失積損失 T T Q Q 二次網二次網 一次網一次網 火火積損失積損失 T T Q Q 二次網二次網 熱電聯產余熱回收多級串聯梯級加熱工藝 清華大學提出電廠乏汽余熱回收多級串聯梯級加熱的工藝 在熱力站，利用吸收式換熱的方法大幅降低一次網回水溫度 突破常規換熱的溫差極限,一次網回水溫度顯著低于二次網溫度(達到20 以下） 提高熱網輸送能力50%以上 熱網回水溫度的降低同時也為回收電廠9、余熱創造了有利條件 3 由于考慮“網源一體”，大幅降低回水溫度，使電廠內 余熱回收的工藝路線有所不同 原則：多級串聯，梯級加熱 采用多臺汽輪機同時供熱，機組凝汽器串聯，背壓梯級升高，盡可 能減小各個加熱環節的不可逆損失，降低供熱能耗 熱電聯產余熱回收多級串聯梯級加熱工藝 120 采暖抽汽 一次網熱水 Q 20 1號機組 乏汽 熱網加熱器 T 2號機組 乏汽 n號機組 乏汽 中間機組 名稱背壓發電煤耗 供熱煤耗 單位kPa.agce/kWh kgce/GJ 一臺 機組 53280.416.4 兩臺 機組 1號機組2號機組 273.016.0 11.753 四臺 機組 1號 機組 2號 機組 3號10、 機組 4號 機組 266.315.6 7.816.532.6 60.2 以300MW濕冷供熱機組高背壓供熱為例 凝汽器 1號 機組 抽汽 排汽 凝結水 凝汽器 2號 機組 抽汽 排汽 凝結水 凝汽器 n號 機組 抽汽 排汽 凝結水 熱網 加熱器 采暖抽汽 凝結水 熱網回水熱網供水 3 熱網回水溫度參數對于余熱回收供熱改造方式有較大影響 265 270 275 280 285 290 141516171819202122 發電煤耗/ gce/kWh 供熱煤耗/ kgce/GJ 4臺機組2臺機組1臺機組 20 30 40 50 60 在回水溫度較高時，多臺機組串聯對于降低系統能耗的影響不大 隨著11、回水溫度降低，多臺機組“梯級加熱”以減小換熱損失的優勢更加明顯 隨著串聯的機組臺數增加，其發電煤耗和供熱煤耗顯著降低 熱電聯產余熱回收多級串聯梯級加熱工藝 3 吸收式熱泵供熱方式 多臺汽輪機同時供熱，系統配置時應遵循熱網水“梯級加熱”的基本原則 按照背壓由低到高凝汽器串聯，共同承擔供熱基本負荷，然后由吸收式熱泵回收余熱， 最后由抽汽直接加熱作為調峰 凝汽器 1號 機組 抽汽 排汽 凝結水 凝汽器 熱網回水 n號 機組 抽汽 排汽 吸收式熱泵 機組 凝結水 熱網 加熱器 凝結水 采暖抽汽 抽汽 凝結水 熱網供水 凝汽器 2號 機組 抽汽 排汽 凝結水 低壓缸 排汽 至熱泵 至熱泵至熱泵 名稱單位12、一臺機組兩臺機組四臺機組 背壓kPa.a11.7 1號機組8.4 1號機組5.4 2號機組11.0 2號機組19.9 3號機組23.0 4號機組40.0 發電功率MW262.3536.41116.8 供熱功率MW466.9925.51823.5 發電煤耗gce/kWh277.8272.0265.0 供熱煤耗kgce/GJ16.315.915.5 以300MW濕冷供熱機組吸收式熱泵供熱為例 熱電聯產余熱回收多級串聯梯級加熱工藝 3 當存在多臺機組時，通過把各機組冷凝器串聯，形成不同的背壓，從而產生加熱循 環水的梯級熱源溫度，可有效避免加熱熱源的循環水之間的三角形溫差，從而獲得 很好的能源轉換效率13、，降低發電和供熱煤耗 此時，將多臺機組的凝汽器按照背壓由低到高進行串聯，用這種簡潔方式已經形成 了加熱熱源的梯級溫度，不再需要由吸收式熱泵來形成梯級溫度 因此，當多臺機組供熱時，優先選擇的加熱方式應該是不同背壓串聯加熱，采用吸 收式熱泵回收余熱供熱的方式已不太有效 以300MW濕冷供熱機組為例，高背壓和吸收式熱泵供熱方式下不同機組臺 數的發電煤耗和供熱煤耗（回水溫度20） 260 265 270 275 280 285 290 15.015.415.816.216.617.0 發電煤耗/ gce/kWh 供熱煤耗/ kgce/GJ 0 2 4 6 8 02468 高背壓供熱-1臺機 高背壓供熱14、-2臺機 高背壓供熱-4臺機 吸收式熱泵供熱-1臺機 吸收式熱泵供熱-2臺機 吸收式熱泵供熱-4臺機 熱電聯產余熱回收多級串聯梯級加熱工藝 3 熱電聯產余熱回收多級串聯梯級加熱工藝 應用：大同第一熱電廠乏汽利用示范工程(2010年) 規模：供熱面積440萬增至640萬 工程內容: 電廠安裝2臺余熱回收機組，熱力站安裝18臺吸收式換熱機組 120 37 空冷島 2135MW 機組 供熱抽汽 0.245MPa 主蒸汽 凝汽 余熱回收機組余熱回收機組 尖峰加熱器尖峰加熱器 吸收換吸收換 熱機組熱機組 4000t/h 供熱面積供熱面積:273萬萬 板式板式 換熱器換熱器 疏水 凝水 一次網一次網 供熱15、面積供熱面積:365萬萬 首站首站 熱力站熱力站 2200t/h 2 100t/h 390MW 熱力站熱力站 提取凝汽 吸收換吸收換 熱機組熱機組 示范工程效果分析 供熱 能力 改造前440萬 改造后640萬 增加幅度49 % 供熱 能耗 系統總供熱量356 萬GJ/a 回收余熱179 萬GJ/a 節約標煤量7.5 萬噸 經濟 性 投資9350萬元 年運行費減少3580萬元 投資回收期2.6年 0 50 100 150 200 250 300 350 400 1418112116120124128132114181121161201241281321 時間(小時) 熱功率(MW) 抽汽熱量 凝16、汽熱量 改造前改造前 改造后改造后 余供熱量余供熱量 20.0萬萬GJ 抽汽供熱量抽汽供熱量 16.9萬萬GJ 抽汽供熱量抽汽供熱量 18.0萬萬GJ 時間時間 (小時小時) 熱功率熱功率 (MW) 供熱量構成對比 改造前改造前改造后改造后 一次網參數對比用戶室溫對比 3 熱電聯產余熱回收多級串聯梯級加熱工藝 應用：山西太原古交電廠余熱回收方案 高背壓“梯級加熱”的余熱回收方式 電廠余熱回收供熱相比抽汽供熱節能45.563.5% 5#機組機組2#機組機組3#機組機組 4#機組機組 抽汽抽汽800t/h 排汽排汽410t/h 抽汽抽汽600t/h 排汽排汽547t/h 抽汽抽汽190t/h 排汽17、排汽1277t/h 抽汽抽汽0t/h 排汽排汽677t/h 4552.489.3 262MW258MW649MW324MW 71 熱網回水熱網回水 30000t/h 熱網供水熱網供水 130 30000t/h 945MW 尖峰尖峰 加熱器加熱器 三期抽汽加熱三期抽汽加熱 1600t/h 凝汽器凝汽器凝汽器凝汽器凝汽器凝汽器凝汽器凝汽器 6#機組機組 抽汽抽汽800t/h 排汽排汽410t/h 262MW 凝汽器凝汽器 30 1#機組機組 抽汽抽汽0t/h 排汽排汽680t/h 80 314MW 凝汽器凝汽器 474MW 尖峰尖峰 加熱器加熱器 二期抽汽加熱二期抽汽加熱 790t/h 103 418、052.4 95MW142MW71MW 71 熱網回水熱網回水 6565t/h 熱網供水熱網供水 130 6565t/h 207MW 尖峰尖峰 加熱器加熱器 凝汽器凝汽器凝汽器凝汽器凝汽器凝汽器 80 68MW 凝汽器凝汽器 103.8MW 尖峰尖峰 加熱器加熱器 103 60 41MW34.7MW 71 熱網供水熱網供水 130 3205t/h 64MW 尖峰尖峰 加熱器加熱器 凝汽器凝汽器凝汽器凝汽器 80 33MW 凝汽器凝汽器 50.7MW 尖峰尖峰 加熱器加熱器 103 5.8MW 55 熱網供水熱網供水 95 540t/h 凝汽器凝汽器 80 15.7MW 凝汽器凝汽器 3.6MW19、 尖峰尖峰 加熱器加熱器 廠區供熱廠區供熱 系統系統 屯蘭馬蘭屯蘭馬蘭 供熱系統供熱系統 古交供熱系統古交供熱系統 向太原供熱系統向太原供熱系統 10.5kPa15kPa35kPa 54kPa72kPa 89.3 89.3 89.3 3 不能盲目推廣小容量的燃煤背壓熱電聯產機組用于采暖 燃煤背壓熱電聯產的方式，尤其是小容量、高熱電比的背壓機方式并不具備 節能優勢 小容量背壓機蒸汽初參數低、發電效率低，且大多小型背壓機原來用于工業 用汽，排汽參數高，即便是熱電聯產，其能源利用效率也沒有優勢 因此，不能盲目推廣小容量的燃煤熱電聯產機組，即使是背壓機組 名稱單位數值 進汽流量t/h200.5 進汽壓20、力/溫度MPa.a/8.82/535 排汽流量t/h160.1 排汽壓力/溫度MPa.a/1.078/273.56 發電功率MW25.8 排汽供熱功率MW103.6 發電煤耗gce/kWh362.3 供熱煤耗kgce/GJ25.9 某電廠25MW背壓機組供熱工況參數 熱電聯產余熱回收多級串聯梯級加熱工藝 4 多種余熱回收供熱方式的小結 600MW濕冷機組不同供熱方式及25MW機組背壓供熱的煤耗 260 280 300 320 340 360 380 14151617181920212223242526 發電煤耗/ gce/kWh 供熱煤耗/ kgce/GJ 回水20 回水60 小背壓機供熱的方21、式發電煤耗和供熱煤耗遠遠高于大容量機組，不能盲目 地推廣小容量的燃煤背壓熱電聯產機組。 0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 0246810 供熱機組 抽汽供熱(回水60) 供熱機組 高背壓供熱(回水20) 供熱機組 切缸供熱(回水60) 供熱機組 吸收式熱泵供熱(回水20) 純凝改造機組 抽汽供熱(回水60) 純凝改造機組 高背壓供熱(回水20) 純凝改造機組 切缸供熱(回水60) 純凝改造機組 吸收式熱泵供熱(回水20) 25MW背壓機供熱(回水60) 4 多種余熱回收供熱方式的小結 純凝改造機組的煤耗高于供熱機組的煤耗。對于同一種冷卻方式的機組，300MW 機組的煤耗要高于600MW機22、組的煤耗。 切缸供熱方式雖然可以增大供熱能力，但發電煤耗較高，高背壓供熱和吸收式熱泵 供熱方式煤耗較低。 250 260 270 280 290 300 310 1415161718192021222324 發電煤耗/ gce/kWh 供熱煤耗/ kgce/GJ 回水20 回水60 250 260 270 280 290 300 310 1415161718192021222324 發電煤耗/ gce/kWh 供熱煤耗/ kgce/GJ 回水20 回水60 250 260 270 280 290 300 310 1415161718192021222324 發電煤耗/ gce/kWh 供熱煤耗23、/ kgce/GJ 回水20 回水60 250 260 270 280 290 300 310 1415161718192021222324 發電煤耗/ gce/kWh 供熱煤耗/ kgce/GJ 回水20 回水60 600MW濕冷機組600MW空冷機組 300MW濕冷機組300MW空冷機組 4 多種余熱回收供熱方式的小結 一次網回水溫度的影響 對于常規的抽汽供熱方式，隨著回水溫 度升高，發電煤耗降低，供熱煤耗升高 隨著回水溫度升高，高背壓和吸收式熱 泵的供熱方式的煤耗升高 隨著一次網回水溫度升高，熱網水與乏汽 直接換熱部分減少，甚至無法通過直接換 熱的方式回收乏汽熱量，只能通過抽汽加 熱或吸24、收式熱泵來加熱，而抽汽影響的發 電量更多，導致損失增大，煤耗升高 回水溫度繼續升高，會出現即使抽汽量 達到最大也無法全部回收乏汽余熱的情 況，需要棄掉一部分低溫乏汽余熱，使 得煤耗進一步升高 在熱網回水溫度大幅降低的條件 下，對于多臺機組的電廠，應結 合“多級串聯、梯級加熱”的原 則優化余熱回收流程 260 265 270 275 280 285 290 295 300 305 141516171819202122 發電煤耗/ gce/kWh 供熱煤耗/ kgce/GJ 20 30 40 50 60 0 2 4 6 8 012345678 抽汽供熱高背壓供熱-1臺機 高背壓供熱-2臺機高背壓供25、熱-4臺機 吸收式熱泵供熱-1臺機吸收式熱泵供熱-2臺機 吸收式熱泵供熱-4臺機 以某電廠300MW濕冷機組為例計算煤耗 5 總結 熱電聯產余熱回收應從熱源、熱網結合一體化考慮，改造熱網末端、 降低回水溫度是實現余熱高效回收的重要前提 在低回水溫度的基礎上，電廠回收余熱的工藝流程應按照梯級利用 的原則進行優化。尤其對于多臺機組的電廠，余熱回收應采取多臺 機組逐級串聯梯級加熱的流程 目前常用的切低壓缸、換轉子等方式在熱網加熱過程存在較大的換 熱不可逆損失，導致供熱能耗增大，不宜在低熱網回水溫度下作為 主要方式使用 不應盲目推廣小容量的燃煤背壓熱電聯產機組 根據回水溫度制定科學的熱價體制，真實反映熱電廠的發電成本、 不同溫度抽汽或乏汽的供熱成本以及供熱企業降低回水溫度的成本 投入，利用市場機制，調動熱電和供熱企業積極性 謝謝大家 王笑吟 清華大學建筑節能研究中心 2019.03.31