熱電聯(lián)供機(jī)組能量梯級(jí)綜合利用技術(shù)應(yīng)用綜述

熱電聯(lián)供機(jī)組能量梯級(jí)綜合利用技術(shù)應(yīng)用綜述華電電力科學(xué)研究院2013年6月前言概述142能量梯級(jí)利用基本原理前景展望主要內(nèi)容梯級(jí)利用主要應(yīng)用技術(shù)3前言概述13我國能源利用現(xiàn)狀近年來供電煤耗下降情況

主要指標(biāo)與先進(jìn)國家的差距節(jié)能降耗主要技術(shù)路線

我國能源利用現(xiàn)狀在我國的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭仍占一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)中比例的70%左右。

2010年國內(nèi)發(fā)電與熱電聯(lián)產(chǎn)用煤總量約18億噸，約占全國煤炭總消耗量的60%。

我國的單位GDP能耗比世界平均高2.4倍，與世界先進(jìn)水平仍存在較大差距。近年來供電煤耗下降情況供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗（克/千瓦時(shí)）年份（年）主要指標(biāo)與先進(jìn)國家的差距火電機(jī)組供電煤耗（g/kWh)高效機(jī)組所占的比重（2009年）煤耗指標(biāo)大容量機(jī)組約38%＞40%國內(nèi)水平國外水平單位GDP能耗比世界平均水平高2.4倍我國能源利用效率：38%日本均效率：42.2%丹麥哥本哈根：93%（最高）能量利用效率與先進(jìn)水平的差距各國各國煤炭火力發(fā)電熱效率的推移資料來源：EcofysComparisonofPowerEfficiencyonGridLevel2009日本某機(jī)組送電端熱效率的推移提高能量利用率形式提高能源的利用率高參數(shù)、大容量低品位熱源回收歐洲FutureⅡ（2015）40MPa,700℃/720℃機(jī)組效率52~55%。我國發(fā)展700℃等高參數(shù)、大容量機(jī)組受材料研制的限制華電集團(tuán)近幾年節(jié)能降耗業(yè)績?nèi)A電節(jié)能降耗措施整體優(yōu)化技術(shù)低品位熱源回收華電集團(tuán)自開展機(jī)側(cè)優(yōu)化、整體優(yōu)化技術(shù)后，集團(tuán)燃煤機(jī)組供電煤耗自2011年到2013年5月底累計(jì)降低煤耗15.6g/kWh。機(jī)側(cè)優(yōu)化技術(shù)華電集團(tuán)供熱機(jī)組狀況截止2013年3月末，華電集團(tuán)公司燃煤機(jī)組共256臺(tái)，總裝機(jī)容量8069.58萬千瓦，其中供熱機(jī)組150臺(tái)，裝機(jī)容量3404.86萬千瓦，占華電煤機(jī)總?cè)萘康?2.2%。開展供熱機(jī)組節(jié)能降耗技術(shù)最大供熱面積32224.88萬平米優(yōu)化發(fā)電機(jī)組裝機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)展大型高效燃煤及冷熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組開展火電廠機(jī)組綜合提效工作節(jié)能降

耗開展火電廠低溫余熱利用工作節(jié)能降耗主要技術(shù)路線燃煤供熱機(jī)組火電供熱機(jī)組節(jié)能降耗

燃?xì)夤釞C(jī)組能量梯級(jí)利用基本原理213梯級(jí)利用原理介紹高效余熱回收基本原理可再生能源環(huán)境品位驅(qū)動(dòng)熱泵供熱/制冷除濕采暖生活熱水電燃料高溫中溫低溫化學(xué)能二次燃料溫度對口分配得當(dāng)能量梯級(jí)綜合利用國家“十二五”規(guī)劃綱要的節(jié)能指標(biāo)到2015年末，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低16%，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放降低17%。能量梯級(jí)利用原理品位對口梯級(jí)利用熱能品位高中低溫度對口梯級(jí)利用汽機(jī)輸入熱量電排汽抽汽供熱驅(qū)動(dòng)力

溫差熱用戶正卡諾循環(huán)逆卡諾循環(huán)正逆耦合循環(huán)TSTS高效余熱回收基本原理制冷梯級(jí)利用主要應(yīng)用技術(shù)316排煙熱量深度利用引增合一技術(shù)

主機(jī)系統(tǒng)綜合提效技術(shù)

集中供熱梯級(jí)利用技術(shù)

應(yīng)用舉例排煙熱量深度回收利用在空預(yù)器后的尾部煙道布置排煙熱量深度回收利用裝置，吸收排煙溫度高損失的余熱，提高汽輪機(jī)做功能力。引增合一技術(shù)增壓風(fēng)機(jī)煙氣引風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)煙氣綜合利用尾部煙氣動(dòng)能，合理設(shè)計(jì)引風(fēng)機(jī)容量，使引風(fēng)機(jī)后煙氣直接進(jìn)入吸收塔，降低廠用電率，提高發(fā)電效率。主機(jī)系統(tǒng)綜合提效技術(shù)主機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)是能效梯級(jí)利用理論的綜合體現(xiàn)。通過汽輪機(jī)冷端優(yōu)化、鍋爐尾部煙氣余熱利用，風(fēng)機(jī)節(jié)能優(yōu)化等，實(shí)現(xiàn)電廠的高效節(jié)能。1鍋爐優(yōu)化前熱效率試驗(yàn)14一次風(fēng)機(jī)性能診斷評(píng)價(jià)試驗(yàn)27加熱器效率試驗(yàn)(七臺(tái))2制粉系統(tǒng)性能診斷評(píng)價(jià)試驗(yàn)15空預(yù)器性能評(píng)估試驗(yàn)28真空嚴(yán)密性試驗(yàn)3空預(yù)器性能診斷評(píng)價(jià)試驗(yàn)16鍋爐吹灰優(yōu)化試驗(yàn)29給水泵性能試驗(yàn)(三臺(tái))4電除塵性能診斷評(píng)價(jià)試驗(yàn)17正平衡法煤耗測試試驗(yàn)30小汽輪機(jī)性能試驗(yàn)(兩臺(tái))5引風(fēng)機(jī)性能診斷評(píng)價(jià)試驗(yàn)（兩臺(tái)）18大修后冷態(tài)空氣動(dòng)力場31凝結(jié)水泵性能試驗(yàn)(兩臺(tái))6送風(fēng)機(jī)性能診斷評(píng)價(jià)試驗(yàn)（兩臺(tái)）19全廠整體優(yōu)化改造調(diào)研32循環(huán)水泵性能試驗(yàn)7一次風(fēng)機(jī)性能評(píng)估及優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)20汽輪機(jī)改造前性能試驗(yàn)33循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)8燃燒特性評(píng)價(jià)試驗(yàn)21汽輪機(jī)水平衡測試34汽輪機(jī)真空檢漏試驗(yàn)9保溫性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)22汽輪機(jī)振動(dòng)監(jiān)測35汽輪機(jī)疏水優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)10鍋爐汽溫特性評(píng)價(jià)試驗(yàn)23調(diào)節(jié)級(jí)效率測試36汽輪機(jī)閥門特性試驗(yàn)11專項(xiàng)診斷評(píng)價(jià)試驗(yàn)24凝汽器性能試驗(yàn)37汽輪機(jī)定壓-滑壓曲線測試12鍋爐性能考核試驗(yàn)25引風(fēng)機(jī)性能評(píng)估及優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)（兩臺(tái)）38汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化試驗(yàn)13制粉系統(tǒng)性能評(píng)估試驗(yàn)26送風(fēng)機(jī)性能評(píng)估及優(yōu)化運(yùn)行試驗(yàn)（兩臺(tái)）鍋爐側(cè)汽機(jī)側(cè)改造項(xiàng)目節(jié)能量g/(kW·h)改造項(xiàng)目節(jié)能量g/(kW·h)尾部煙氣余熱利用1燃燒調(diào)整及配煤摻燒1降低排煙溫度（省煤器）1.5通流改造10-15降低排煙溫度（空預(yù)器）1-2熱力系統(tǒng)改造2.5空預(yù)器漏風(fēng)治理1噴嘴改造及機(jī)組最佳配汽方式1.4基于先進(jìn)控制的燃燒優(yōu)化1.5汽封改造2協(xié)調(diào)控制及滑壓調(diào)節(jié)優(yōu)化1冷端優(yōu)化3-7低NOX燃燒/凝汽器改造2-3吹灰器及吹灰優(yōu)化1水塔改造1-2制粉系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn)1-2加熱器調(diào)整及改造0.5風(fēng)機(jī)節(jié)能優(yōu)化1-2輔機(jī)優(yōu)化及改造2-5主機(jī)系統(tǒng)綜合提效技術(shù)典型機(jī)組效果及示范作用（300MW）主機(jī)系統(tǒng)綜合提效技術(shù)集中供熱梯級(jí)利用應(yīng)用技術(shù)供熱參數(shù)的優(yōu)化包括：選擇合適的供熱抽汽的壓力。供熱抽汽壓力越低，機(jī)組的發(fā)電熱效率越高；盡量降低供熱抽汽的溫度。對高溫供熱抽汽，可將其過熱度用于熱力系統(tǒng)以提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

供熱技術(shù)主要包括：汽輪機(jī)低真空運(yùn)行供熱技術(shù)“NCB”新型供熱機(jī)組技術(shù)供熱機(jī)組采用熱泵技術(shù)燃料總熱量100%300MW亞臨界純凝機(jī)組能流圖電力輸出38%排汽冷凝廢熱45%供熱輸出30%排汽冷凝廢熱20%其他損失20%（由于供熱新增3%）新增供熱22%電力輸出30%300MW亞臨界機(jī)組抽汽供熱機(jī)組能流圖熱泵回收余熱的抽汽供熱機(jī)組能流圖電力輸出28%其他損失17%其他損失20%(由于供熱新增3%)能量利用率60%能量利用率38%能量利用率80%集中供熱梯級(jí)利用技術(shù)——節(jié)能潛力分析通過提高冷凝式汽輪機(jī)背壓，排汽溫度大幅提高，凝汽器變?yōu)闊峋W(wǎng)加熱器?！鰞?yōu)點(diǎn):系統(tǒng)簡單；降低冷源損失■不足:以熱定電；高背壓影響機(jī)組發(fā)電效率；排汽工況變化可能會(huì)影響機(jī)組安全性；維護(hù)量大，壽命短。集中供熱梯級(jí)利用應(yīng)用技術(shù)-汽輪機(jī)低真空運(yùn)行供熱低真空運(yùn)行下汽輪機(jī)排汽余熱完全被利用，消除冷源損失，使發(fā)電煤耗降至150g/kWh以下。低真空供熱運(yùn)行原理圖集中供熱梯級(jí)利用應(yīng)用技術(shù)-“NCB”新型供熱機(jī)組技術(shù)將原汽輪機(jī)高中壓和低壓部分?jǐn)嚅_，各自帶發(fā)電機(jī)；高、中壓汽輪機(jī)+電機(jī)組成高中壓機(jī)組；低壓汽輪機(jī)模塊+電機(jī)組成低壓機(jī)組；低壓缸可根據(jù)需要切除，機(jī)組在抽凝與背壓間轉(zhuǎn)換。■優(yōu)點(diǎn):機(jī)組在供熱期和非供熱期都有較高效率?！霾蛔?改造投資大，難度大；技術(shù)新，風(fēng)險(xiǎn)大；背壓時(shí)以熱定電，熱負(fù)荷變化時(shí)影響機(jī)組發(fā)電量。

集中供熱梯級(jí)利用技術(shù)——吸收式熱泵余熱回收技術(shù)◆溶液循環(huán)作為能量轉(zhuǎn)移的載體；◆熱力循環(huán)實(shí)現(xiàn)能量品位的提升；◆水在低壓力“閃蒸”吸熱的特性?！翡寤嚾芤合♂尫艧幔訜嵩偕?。利用汽輪機(jī)低壓抽汽，作為驅(qū)動(dòng)熱源驅(qū)動(dòng)吸收式熱泵，將原本直接排放掉的低壓缸凝汽余熱回收，并且用于集中采暖供熱。整個(gè)過程可以實(shí)現(xiàn)：輸入1kW較高品質(zhì)的熱量可以獲得1.7kW的中等品質(zhì)的熱量。集中供熱梯級(jí)利用應(yīng)用技術(shù)-技術(shù)比較以上三種集中供熱技術(shù)，各有優(yōu)勢，并且都有一定的應(yīng)用條件。大溫差熱泵技術(shù)典型熱泵技術(shù)吸收式熱泵技術(shù)低真空供熱技術(shù)其中應(yīng)用更為廣泛的技術(shù)凝水回鍋爐循環(huán)水循環(huán)水抽汽電站鍋爐汽輪機(jī)排汽換熱器吸收式熱泵凝水余熱回收一次網(wǎng)回水采暖用戶一次網(wǎng)供水吸收熱泵供熱流程方案新建熱泵廠房，對循環(huán)水、蒸汽系統(tǒng)改造；若為大溫差系統(tǒng)，則對二次熱網(wǎng)側(cè)需改造，增加網(wǎng)側(cè)大溫差機(jī)組。改造范圍：采暖用戶集中供熱梯級(jí)利用應(yīng)用技術(shù)-技術(shù)比較凝水回鍋爐電站鍋爐汽輪機(jī)排汽換熱器凝水余熱回收一次網(wǎng)回水采暖用戶采暖用戶一次網(wǎng)供水改造范圍：對汽輪機(jī)后幾級(jí)葉片、凝汽器等進(jìn)行改造；需要校核軸向推力、葉片強(qiáng)度、軸系穩(wěn)定性校核。低真空集中供熱流程方案集中供熱梯級(jí)利用應(yīng)用技術(shù)-技術(shù)比較項(xiàng)目吸收式熱泵技術(shù)低真空供熱技術(shù)實(shí)際應(yīng)用效果較好對小機(jī)組較好具有的優(yōu)勢適應(yīng)范圍廣，供熱與非供熱工況快速、無縫切換，不改動(dòng)主機(jī)，總體改造難度較小。項(xiàng)目投資相對較?。徽嫉孛娣e小。限制條件典型方案：熱回收能力受驅(qū)動(dòng)抽汽量及熱網(wǎng)管徑限制；大溫差方案：需同時(shí)改造廠側(cè)及網(wǎng)側(cè)，網(wǎng)側(cè)改造協(xié)調(diào)難度大。以熱定電；背壓高引起發(fā)電負(fù)荷下降；大型機(jī)組尚無應(yīng)用案例；需要較強(qiáng)的檢修隊(duì)伍。系統(tǒng)變工況特性典型熱泵：隨負(fù)荷變化不改變熱網(wǎng)原有運(yùn)行方式，熱網(wǎng)回水溫度高影響機(jī)組回收效果但不影響安全；大溫差：隨負(fù)荷變化改變原熱網(wǎng)的運(yùn)行方式，需調(diào)節(jié)熱網(wǎng)水流量，以保證供熱溫度。完全以熱定電；熱網(wǎng)回水溫度高將影響機(jī)組回收效果和負(fù)荷，且可能影響機(jī)組安全設(shè)計(jì)最低供電煤耗的影響可回收全部余熱~150可回收全部余熱~150投資

(萬元/MW)適中較低集中供熱梯級(jí)利用應(yīng)用技術(shù)-技術(shù)比較山西某2×135MW空冷機(jī)組低溫余熱利用項(xiàng)目□采用大溫差供熱技術(shù)，項(xiàng)目投運(yùn)時(shí)間2011年1月；□135MW空冷供熱機(jī)組的余熱回收供熱工程，新增供熱能力132MW（179萬GJ），新增供熱面積200萬平米；□空冷島下方安裝2臺(tái)乏汽余熱回收機(jī)組，用戶熱力站處安裝18臺(tái)換熱機(jī)組；□供熱期內(nèi)乏汽通過余熱回收機(jī)組凝結(jié)降溫，節(jié)約空冷散熱器的風(fēng)機(jī)電耗。應(yīng)用舉例——熱電聯(lián)供電廠□采用典型熱泵供熱技術(shù)，項(xiàng)目投運(yùn)時(shí)間2011年11月；□125MW水冷供熱機(jī)組余熱回收供熱工程，新增供熱能力49.72MW（75萬GJ），可實(shí)現(xiàn)新增供熱面積約83萬平米;□項(xiàng)目系統(tǒng)共設(shè)計(jì)3臺(tái)吸收式熱泵，總?cè)萘?13MW;□供熱期內(nèi)可切除冷卻塔，循環(huán)水系統(tǒng)形成閉式循環(huán)，節(jié)省了大量水資源。新疆某2×125MW水冷機(jī)組低溫余熱利用項(xiàng)目應(yīng)用舉例——熱電聯(lián)供電廠山東某1x140MW低真空供熱利用項(xiàng)目□采用低真空供熱技術(shù)，項(xiàng)目投運(yùn)時(shí)間2011年11月；□新增供熱能力159.9萬GJ，可實(shí)現(xiàn)新增供熱面積399.75萬平米；□年可節(jié)約標(biāo)煤約4.54萬噸，減排CO2

11.89萬噸，SO2

908噸，NOX

335.9噸。原純凝工況2×6級(jí)葉片低壓轉(zhuǎn)子2×4級(jí)葉片低壓轉(zhuǎn)子現(xiàn)場轉(zhuǎn)子更換應(yīng)用舉例——熱電聯(lián)供電廠集中供熱綜合效益前景展望435熱電聯(lián)供發(fā)展趨勢梯