室外温度Tw(℃) 2 3 4 5 合计 温度低于Tw的延续时间(天) 136.4 143.9 151.5 159.0 温度等于Tw的时间(小时) 179 180 180 181 3816 热负荷(MW) 430.2 403.3 376.4 349.5 供热量(万GJ) 27.7 26.1 24.5 22.8 866.2 依据以上条件,则采暖热负荷延续时间曲线如图3-1所示,远期采暖供热量为866.2万GJ。
1000900800热负荷(MW)700600500400300200100005001000150020002500延续时间(小时)300035004000
图3-1阜新发电厂集中供热负荷延时曲线
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4. 基于吸收式换热的热电联产集中供热技术介绍
4.1技术原理
通过深入研究和分析目前热电联产集中供热系统存在的问题及其节能潜力,就怎样就同时解决了电厂凝汽余热利用和大温差输送热量这两个问题,2007年清华大学提出“吸收式换热”的概念和“基于吸收式换热的热电联产集中供热技术”(简称“基于吸收式换热”,专利号:200810101065.X),并与北京环能瑞通科技发展有限公司合作,相继开发出“吸收式换热机组”(专利号:200810101064.5)和“余热回收专用热泵机组”(专利号:200810117049.X)等一系列新产品。
新技术流程如图4-1所示:在热力站处安装吸收式换热机组,用于替代常规的水-水换热器,在不改变二次网供回水温度的前提下,降低一次网回水温度至25℃左右(显著低于二次网回水温度),热网供回水温度由原来的130/60℃变为130/25℃,输送温差拉大了近一倍,由此大幅度的降低了热网投资和运行费用;在电厂热网加热首站安装吸收式热泵机组,以汽轮机的采暖蒸汽驱动回收汽轮机排汽余热,用于梯级加热一次网热水,由于热网低温回水实现了与汽轮机排汽的能级匹配,使得热泵处于极佳的制热温度和更大的升温幅度,从而使热电联产集中供热系统的能耗大幅度降低。
通过新型热泵机组开发和构建新型的集中供热系统,一方面利用电厂汽轮机乏汽余热供热,可提高热电厂现有供热机组的供热能力30%以上,降低系统供热能耗40%以上;另一方面实现了管网的大温差输送,可提高热网的输送能力80%左右,降低新建管网的投资和输送能耗30%以上。
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图4-1 基于吸收式换热的热电联产集中供热技术流程
此项技术与上述电厂凝汽余热回收技术相比,具备非常显著的优势: 1)无需改动原汽轮机组的结构,改造难度小,工程量少,改造周期短; 2)通过大幅降低一次热网回水温度,实现了与电厂低温乏汽余热的能级匹配,无需提高抽汽参数或排汽背压余热回收机组(热泵)即可的获得较佳的制热性能,因此不会影响电厂的发电;
3)热网水升温幅度大,回收余热的比例大,通常可占到总供热容量30%~50%,节能性显著;
4)由于热泵制热性能较高,回收一定的余热,则需要的热泵容量相对较小,设备投资较小,占地面积少,经济效益非常显著。
“基于吸收式换热的热电联产集中供热”技术将现有供热系统与吸收式热泵技术的特点有效结合,具有极强的可操作性和可推广性。有效的将提高热源供热能力、增加管网输送能力以及热电厂的节能增效有机的结合起来,可大幅提高我国热电联产集中供热系统的效率,有效的缓解北方城市热电联产集中供热事业面临的突出矛盾,是我国热电联产集中供热方式的未来发展方向。 4.2技术的推进与发展
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2008年5月31日,在中国工程院为该项技术召开了“第九次工程前沿科技研讨会”。出席会议的有中国工程院杜祥琬副院长、倪维斗院士、徐大懋院士、秦玉琨院士、江亿院士以及发电、汽轮机、供热、采暖空调等领域的专家。专家们一致认为:这是热电联产集中供热领域的一项重大创新,对实现我国节能减排的战略目标有重要意义,同时该供热方式具有显著的经济效益,有助于热电联产集中供热事业摆脱目前的困境。
2008年10月,在赤峰市建成首个示范工程,经过2008年与2009年两个采暖季的运行,完全达到了示范工程的预期效果。2009 年3 月,在赤峰市召开了“基于吸收式换热的热电联产集中供热新流程试验工程”项目成果鉴定会上,鉴定委员会评价该成果“为我国大型热电机组远距离高效供热开辟了新途径,具有极大的推广应用价值,是我国热电联产集中供热领域的一项重大原始创新,项目成果总体达到了国际领先水平。”
2009年9月,在赤峰市试点工程完成后,中国工程院8名院士联名向国家有关部门提交建议书,呼吁推广应用该技术。目前,该技术已被国家发展和改革委员会列入《国家重点节能技术推广目录(第二批)》中。同时,作为重大节能示范技术,被列入国家战略性新兴产业规划《节能环保产业发展规划》中。
2010年12月,在大同市完成了第一热电厂2×135MW乏汽余热利用示范工程,标志着该项技术在大型集中供热系统的成功推广。
图4-2 第九次工程前沿科技研讨会
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图4-3 赤峰示范项目成果鉴定会
4.3技术的应用实例 (1)赤峰示范项目
赤峰示范项目是由清华大学联合赤峰富龙热力有限责任公司在赤峰市组建的首个“基于吸收式换热技术”示范基地。利用此项技术改造由富龙热电厂现有的1台热电机组、富龙热电松山区热网及穆家营热力站组成新的供热系统,新系统承担16万㎡的小区住宅供暖任务。该项目于2008年10月采暖季运行,系为2×300MW机组凝汽余热回收项目的最终实施所进行的小规模工业性试验并积累运行经验。
在富龙热电厂内新建热网首站,建筑面积227 ㎡,站内设置电厂余热回收机组(双效吸收机、单效吸收机、大温差吸收机)和汽水换热器,实现一次网回水的梯级加热,额定工况下:采暖热负荷8.0MW,一次网供/回水温度为130℃/25℃,二次网供/回水温度为60℃/45℃,电厂循环水供/回水温度40℃/35℃。一次网回水与电厂余热回收机组蒸发器出口的低温水混合至33℃,一部分作为新区回水,另一部分加压后与来自供热机组凝汽器出口的新区热网供水(57℃)混合至40℃,40℃的混水一部分进入电厂余热回收机组的蒸发器放热降温至35℃流出,另一部分依次通过利用蒸汽驱动的双效、单效及大温升吸收式热泵从40℃梯级加热至90℃,最后通过汽-水换热器将热网水升温至130℃供出。130℃的一次网供水经敷设的DN150的直埋管网送至穆家营热力站,改造后的热力站内设吸收式换热机组,将一次网热水温度降至25℃后返回电厂,完成循环。
图4-4为示范工程实际运行性能测试曲线。可以看出,在保证水量、蒸汽量与设计值差别不大的前提下(热网循环水量78t/h,新区来水量110t/h,蒸汽量
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