燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)煙氣余熱回收工程案例-(1)

1、?燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)煙氣余熱回收工程案例?編輯：李鋒 付林 趙璽靈|時(shí)間 ：2021-8-1|瀏覽： 185|來(lái)源：區(qū)域供熱燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)煙氣余熱回收工程案例清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心李鋒付林趙璽靈【摘要】常規(guī)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)，煙氣的排煙溫度一般高達(dá)90以上，能源浪費(fèi)極為嚴(yán)重。本文針對(duì)存在的問(wèn)題，介紹了基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產(chǎn)煙氣余熱回收技術(shù)，并通過(guò)北京市某燃?xì)鉄犭姀S利用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)展供熱改造的工程實(shí)例，介紹了技術(shù)的工藝流程，并從節(jié)能效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益上分析了該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)?！娟P(guān)鍵詞】煙氣余熱熱電聯(lián)產(chǎn)吸收式換熱大溫差供熱1燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀天然氣的主要成分是甲烷(CH4)，含硫量微乎其微

2、，在燃燒中幾乎不含SO2和煙塵。同時(shí)，由于天然氣的可燃成分中含有大量的氫，因而燃燒生成產(chǎn)物中含有的CO2也會(huì)明顯減少，只有焦炭的60%、石油的80%。對(duì)一些重點(diǎn)城市而言，其節(jié)能減排的要求比擬嚴(yán)格，在調(diào)研了多種發(fā)電供熱技術(shù)的前提下，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)技術(shù)成為了各大熱電中心的首選。燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)裝置具有發(fā)電效率高、占地面積少、節(jié)約用水、建立周期短、運(yùn)行靈活等突出優(yōu)點(diǎn)，在供熱制冷的同時(shí)，還可產(chǎn)生高品位的電能，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，具有相當(dāng)大的節(jié)能減排意義。盡管具有一定優(yōu)點(diǎn)，常規(guī)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)還存在著函待解決的問(wèn)題:1)一、二次網(wǎng)在熱力站以及熱源處汽水之間的換熱溫差很大，造成很大的不可逆熱損失1。2)燃?xì)鉄犭?/p>

3、廠煙氣余熱浪費(fèi)嚴(yán)重。煙氣中含有大量的水蒸氣汽化潛熱，而對(duì)應(yīng)于不同的過(guò)量空氣系數(shù)，當(dāng)排煙溫度低于40-60時(shí)，煙氣的冷凝熱才能被回收，且排煙溫度在30-40時(shí)才能取得較好的余熱回收效果。而在常規(guī)的燃?xì)鉄犭娎渎?lián)供系統(tǒng)中，排煙溫度一般均在90以上，假設(shè)能回收煙氣的熱量，將大大提高能源利用效率。但是在區(qū)域供熱領(lǐng)域內(nèi)，熱網(wǎng)回水溫度一般在50-60以上，高于煙氣冷凝的露點(diǎn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的煙氣冷凝熱回收。3)另外，目前熱電聯(lián)產(chǎn)熱電比低，一般為0.6-0.8。為滿足熱負(fù)荷，同燃?xì)忮仩t相比，需要消耗2-3倍的燃?xì)饬?。天然氣是珍貴的資源，對(duì)于天然氣供給緊張的城市，無(wú)疑增加了壓力，供熱平安性也受到影響。針對(duì)上述問(wèn)題

4、，提出了基于吸收式循環(huán)的新型熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)1-3。該技術(shù)在保證二次網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)不變的情況下，一次網(wǎng)供回水由傳統(tǒng)的130和70變?yōu)?30和20，供回水溫差約由60提高至110,可以使既有熱網(wǎng)的輸配能力提升80%，大幅降低管網(wǎng)投資，免除回水管網(wǎng)的保溫措施;一次網(wǎng)回水溫度降至20左右，明顯低于煙氣的冷凝溫度，低溫度的回水為高效回收燃?xì)鉄犭姀S的煙氣余熱創(chuàng)造了良好的條件。在熱力站采用吸收式換熱的根底上，對(duì)常規(guī)燃?xì)鉄犭姀S內(nèi)的熱網(wǎng)加熱設(shè)施進(jìn)展改造。在常規(guī)燃?xì)鉄犭姀S中，一般均采用熱網(wǎng)加熱器直接利用熱網(wǎng)抽汽加熱熱網(wǎng)回水，該種供熱方式的缺點(diǎn)上節(jié)中已經(jīng)描述。在此，根據(jù)“溫度對(duì)口，梯級(jí)利用的原那么，熱網(wǎng)回水一般經(jīng)

5、過(guò)三個(gè)環(huán)節(jié)的加熱。熱網(wǎng)回水首先同低溫?zé)煔膺M(jìn)展換熱，即加熱熱網(wǎng)水的第一個(gè)環(huán)節(jié)。在第二個(gè)環(huán)節(jié)中，利用燃?xì)鉄犭姀S的抽汽作為熱源驅(qū)動(dòng)吸收式熱泵，進(jìn)一步提取煙氣的余熱，同時(shí)加熱熱網(wǎng)回水。之后進(jìn)人常規(guī)加熱環(huán)節(jié)，利用原有的熱網(wǎng)加熱器將熱網(wǎng)水加熱至設(shè)計(jì)溫度供出。該系統(tǒng)的熱力過(guò)程比原系統(tǒng)更為合理，在不改變?cè)到y(tǒng)抽汽參數(shù)的情況下，供熱效率及能源利用效率大大提高。2基于吸收式換熱的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)煙氣余熱回收的工程案例某燃?xì)鉄犭姀S現(xiàn)狀及改造方案介紹北京市某園區(qū)，建筑面積為764萬(wàn)平方米，結(jié)合實(shí)際情況，該園區(qū)綜合熱指標(biāo)為53 W/m2，因此總熱負(fù)荷為405MW。該園區(qū)供熱方案采取燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)+燃?xì)忮仩t房調(diào)峰的方式，燃?xì)鉄?/p>

6、電聯(lián)產(chǎn)承當(dāng)園區(qū)的根底熱負(fù)荷，燃?xì)忮仩t房承當(dāng)調(diào)峰作用。其中，燃?xì)鉄犭姀S工程建立規(guī)模為200MW級(jí)天然氣聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組。裝機(jī)方案為:一套“E型燃機(jī)組成的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組。該系統(tǒng)的蒸汽輪機(jī)組抽汽進(jìn)入汽水換熱器加熱熱網(wǎng)回水至供熱設(shè)計(jì)溫度。該燃?xì)鉄犭姀S的系統(tǒng)圖如圖1所示，各主要參數(shù)如表1所示。表1 燃?xì)鉄犭姀S主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)單位數(shù)量燃?xì)夂牧縉m3/h54856發(fā)電量MW220發(fā)電效率%供熱量MW202供熱效率%能源總利用效率%抽汽壓力MPa抽汽溫度168排煙溫度90熱網(wǎng)供/回水溫度/130/70 該熱電廠存在著前述常規(guī)燃?xì)鉄犭姀S中所提到的如供熱效率低、煙氣排放溫度高、換熱環(huán)節(jié)不可逆損失大等缺

7、點(diǎn)。燃?xì)鉄犭姀S供熱量為202MW(考慮了3%的熱損失)，那么調(diào)峰燃?xì)忮仩t房供熱量為203MW。在采暖季的初末期，熱負(fù)荷較小，此時(shí)燃?xì)鉄犭姀S運(yùn)行，承當(dāng)全部熱負(fù)荷。在采暖季的嚴(yán)寒期，熱負(fù)荷較大，此時(shí)燃?xì)鉄犭姀S承當(dāng)局部熱負(fù)荷，其余熱負(fù)荷由燃?xì)忮仩t房承當(dāng)。因此，在整個(gè)采暖季，燃?xì)鉄犭姀S根本處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，燃?xì)忮仩t房隨熱負(fù)荷的變化而逐步投入或退出。燃?xì)鉄犭姀S的熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖如圖3(a)所示。根據(jù)上述問(wèn)題和解決途徑，對(duì)該燃?xì)鉄犭姀S進(jìn)展改造。在熱力站內(nèi)，利用吸收式換熱技術(shù)，采用吸收式換熱機(jī)組代替常規(guī)板式換熱器，考慮熱網(wǎng)的實(shí)際供水溫度為120，那么可以實(shí)現(xiàn)熱網(wǎng)回水溫度25，大幅度降低熱網(wǎng)回水溫度和供回水溫

8、差，以回收電廠內(nèi)大量余熱廢熱，提高系統(tǒng)的能源利用效率，同時(shí)降低管徑，減少管網(wǎng)投資。在熱電廠內(nèi)，按照上節(jié)所述對(duì)熱網(wǎng)回水進(jìn)展三級(jí)加熱，該方案的系統(tǒng)圖如圖2所示，系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如表2所示。表2基于吸收式換熱的燃?xì)鉄犭姀S主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)單位數(shù)量供熱量MW280供熱效率%能源總利用效率%排煙溫度20熱網(wǎng)供/回水溫度/120/25 基于吸收式換熱的燃?xì)鉄犭姀S的供熱量為280MW(考慮了3%的熱損失)，那么調(diào)峰燃?xì)忮仩t房供熱量為125MW。隨著熱負(fù)荷降低，調(diào)峰燃?xì)忮仩t房逐漸退出使用，當(dāng)熱負(fù)荷繼續(xù)降低，可逐漸減少抽汽量，當(dāng)采暖季處于初末期時(shí)，僅有煙氣余熱和局部抽汽來(lái)承當(dāng)熱負(fù)荷?；谖帐綋Q熱的燃?xì)鉄犭姀S的

9、熱負(fù)荷延續(xù)時(shí)間圖如圖3(b)所示。節(jié)能性比擬原燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)與基于吸收式換熱的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)的能源利用效率比擬如圖4所示:同原燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)相比，基于吸收式換熱的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)在發(fā)電效率不變的情況下，供熱效率提高了約38.6%,總系統(tǒng)能源利用效率提高了約18.7%，增加供熱能力78MW以上。如圖2所示，承當(dāng)一樣的熱負(fù)荷，原系統(tǒng)中燃?xì)庹{(diào)峰供熱量為93萬(wàn)GJ，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)供熱量為211萬(wàn)GJ，改造后的系統(tǒng)中燃?xì)庹{(diào)峰供熱量為34萬(wàn)GJ，抽汽供熱量188萬(wàn)GJ,低溫?zé)煔庥酂峁崃繛?2萬(wàn)GJ。通過(guò)比擬，基于吸收式換熱的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)與原系統(tǒng)相比，年減少燃?xì)庹{(diào)峰供熱量59萬(wàn)GJ，減少抽汽供熱2

10、3萬(wàn)GJ，減少的供熱抽汽可用于發(fā)電，經(jīng)過(guò)計(jì)算，相當(dāng)于增加540萬(wàn)kWh發(fā)電量。由于基于吸收式換熱的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)需要新增耗電設(shè)備，經(jīng)過(guò)計(jì)算，年增加耗電量約為860萬(wàn)kWh。那么基于吸收式換熱的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)相對(duì)于原燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)的節(jié)能性比擬如表3所示:表3節(jié)能性比擬參數(shù)單位數(shù)量增加供熱量MW78提高供熱效率%提高總利用效率%年回收余熱量萬(wàn)GJ/年82減少調(diào)峰燃?xì)饬咳f(wàn)Nm3/年2078年增加發(fā)電量萬(wàn)kWh/年540年增加發(fā)電量折合燃?xì)饬咳f(wàn)Nm3/年119年增加耗電量萬(wàn)kWh/年860年增加耗電量折合燃?xì)饬咳f(wàn)Nm3/年189折合年凈節(jié)約燃?xì)饬咳f(wàn)Nm3/年20213,調(diào)峰燃?xì)忮仩t供熱效率按照9

11、0%計(jì)算(考慮3%的熱損失)，燃?xì)怆姀S發(fā)電效率按照50%計(jì)算如上表所示，采用基于吸收式換熱的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)后，年減少燃?xì)庀牧繛?021萬(wàn)Nm3，節(jié)能效益巨大。另外，由于煙氣溫度降至20，煙氣中的水蒸氣大量冷凝，該冷凝水水質(zhì)較好，經(jīng)過(guò)處理后可作為電廠補(bǔ)水等用途，年回收冷凝水量約為18萬(wàn)噸。環(huán)保比擬環(huán)保比擬主要考慮采用基于吸收式換熱的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)后CO2的減排量。由于采用該系統(tǒng)后，年減少燃?xì)夂牧?021萬(wàn)Nm3，那么年減少CO2排放3.9萬(wàn)噸，具有良好的環(huán)保效益。另外，由于煙氣中的水蒸氣大量凝結(jié)，煙氣中的S02, NO2等污染物也會(huì)溶于冷凝水而隨冷凝水排出，有益于減少大氣中的污染物排放。經(jīng)

12、濟(jì)性比擬基于吸收式換熱的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)同原系統(tǒng)相比，熱力站及電廠內(nèi)均需要進(jìn)展改造，因此需要增加投資。調(diào)峰鍋爐房燃?xì)夂牧拷档停虼诉\(yùn)行費(fèi)用降低，系統(tǒng)發(fā)電量有所增加，因此發(fā)電收益增加，另外系統(tǒng)增加電耗，增加了運(yùn)行費(fèi)用?；谖帐綋Q熱的燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)方案的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算如表4所示：表4經(jīng)濟(jì)性比擬參數(shù)單位數(shù)量增加投資億元年減少調(diào)峰燃?xì)饬咳f(wàn)Nm3/年2078年減少燃?xì)赓M(fèi)用萬(wàn)元/年4738年增加發(fā)電量萬(wàn)kWh/年540年增加發(fā)電收益萬(wàn)元/年378年耗電量萬(wàn)kWh/年860年增加電費(fèi)萬(wàn)元/年688年凈運(yùn)行收益萬(wàn)元/年4428靜態(tài)增量投資回收期年3，廠內(nèi)用電價(jià)按照0.8元/kWh，發(fā)電電價(jià)按照0.7元/kWh(考慮補(bǔ)貼)如表4所示，該系統(tǒng)同原系統(tǒng)比擬，其靜態(tài)增量投資回收期約為4.5年，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。3結(jié)論文章對(duì)常規(guī)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)展了分析研究。常規(guī)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)主要存在著換熱環(huán)節(jié)不可逆損失較大以及能源利用效率低等問(wèn)題。針對(duì)存在的問(wèn)題并結(jié)合實(shí)際工程案例，本文介紹了基于吸收式換熱的熱電聯(lián)產(chǎn)煙氣余熱回收技術(shù)，在熱力站設(shè)置吸收式換熱機(jī)組，降低熱網(wǎng)水溫度至約25，在燃?xì)鉄犭姀S內(nèi)通過(guò)煙氣換熱器、吸收式熱泵和熱網(wǎng)加熱器等環(huán)節(jié)將熱網(wǎng)水逐級(jí)加熱至設(shè)計(jì)溫度，實(shí)現(xiàn)“梯級(jí)利用，溫度對(duì)口的原那么。一方面，通過(guò)拉大供