基于吸收式循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術的應用

 

李利新  鵬程物業(yè)管理公司

 

摘  要：介紹了清華大學提出的“基于吸收式循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術”在同煤集團“兩區(qū)”供熱中的應用，通過一個采暖期的運行數(shù)據(jù)與測試分析表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，熱能利用效率高，熱力站的吸收式換熱機組能夠?qū)⒁淮尉W(wǎng)回水溫度降到25 ℃左右，同時，電廠的余熱回收熱泵機組可回收電廠循環(huán)水余熱，兩者結(jié)合運用，節(jié)能與經(jīng)濟效果顯著，可以大規(guī)模推廣應用。

關鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn)  集中供熱  吸收式換熱  

1 概述

同煤集團采煤沉陷區(qū)綜合治理和棚戶區(qū)改造工程(簡稱“兩區(qū)”改造工程)，是黨中央、國務院、省、市關心廣大煤礦員工群眾的一項民心工程、德政工程和安居工程。該工程的建成，可使近10萬戶30萬員工家屬的居住條件得到徹底改善。工程分三期建設，目前一、二期工程已建成600多萬平方米，安置住戶6萬余戶。根據(jù)同煤集團“兩區(qū)”的建設發(fā)展思路，要不斷完善礦區(qū)職工家屬的居住條件，完善水、電、氣、熱等各項基礎設施。二期工程竣工后，將華電大同第一熱電廠作為集中供熱的主要熱源為“兩區(qū)”供熱。

1.1 熱源情況

華電大同第一熱電廠是日本侵華時期為掠奪大同煤炭于1939年建成的，解放后，電廠經(jīng)過多次擴建，機組容量不斷擴大，對大同市的供電及供熱做出了貢獻。隨著機組的老化和超期服役，1﹟-7﹟機組相繼關停，目前電廠利用2007年投產(chǎn)建設的2×135MW空冷供熱機組，摻燒附近采煤區(qū)的煤矸石，同時為大同城區(qū)供熱和供電。兩臺CKZ135-13.24/535/535/0.245型汽輪機組，冬季最大抽汽工況下的主要熱力參數(shù)見表1-1，采暖抽汽量為2×200=400t/h，蒸汽參數(shù)P=0.245MPa,T=237℃,折合供熱總量約為268MW。

表1-1  大同第一熱電廠汽輪機最大抽汽工況下的主要熱力參數(shù)

型號	CKZ135-13.24/535/535/0.245
型式	超高壓.一次中間再熱.雙缸.雙排汽.單軸.單抽.凝汽式直接空冷汽輪機
主蒸汽壓力	13.24MPa
主蒸汽溫度	535℃
主蒸汽流量	480t/h
再熱蒸汽進汽閥前蒸汽壓力	2.48MPa
再熱蒸汽進汽閥前蒸汽溫度	535℃
再熱蒸汽進汽流量	411t/h
抽汽壓力	0.245MPa(絕壓)
抽汽溫度	237℃
抽汽流量	200t/h
背壓	15kPa
低壓缸排汽流量	160t/h

1.2 熱網(wǎng)及用戶情況

連接華電大同第一熱電廠與同煤“兩區(qū)”各熱力站的一次熱力管網(wǎng)是由同煤集團投資建設的，一次網(wǎng)使用DN1200的管線從大同一電廠輸出，到達“兩區(qū)”首站后分支變?yōu)?/span>DN1000、DN900、DN800、DN700、DN600、DN500、DN400、DN300、DN250、DN200的管線分別傳輸?shù)礁餍^(qū)熱交換站，熱交換站通過換熱機組吸收熱量后經(jīng)二次網(wǎng)輸送到住戶家中供熱。一次網(wǎng)設計供回水溫度為120/65℃,循環(huán)水泵單臺流量1800t/h,揚程140m,功率1120kW,3開1備。二次網(wǎng)設計供回水溫度為70/50℃（掛暖）、60/40℃（地暖），供回水壓力為0.5/0.3MPa。

2009年采暖季，華電大同第一熱電廠為同煤“兩區(qū)”供熱約為260萬㎡，根據(jù)2009年采暖季的實際運行數(shù)據(jù)，“兩區(qū)”集中供熱系統(tǒng)的一次網(wǎng)供水溫度在75～95℃之間，回水溫度為45～55℃，溫差僅為25～40℃左右，一次網(wǎng)處于“大流量、小溫差”的不節(jié)能運行狀態(tài)（見表1-2）。同煤“兩區(qū)”的二次網(wǎng)用戶80%采用地暖，2009年采暖季的實際運行供回水溫度約為45/40℃，其余20%的二次網(wǎng)用戶采用掛暖，2009年采暖季的實際運行供回水溫度約為50/40℃。其中沉陷區(qū)有熱力站14座，2009年采暖季僅有7座運行，二次網(wǎng)用戶全部采用地暖，實際運行供回水溫度約為45/35℃。

表1-2  2009-2010年采暖期一次網(wǎng)運行參數(shù)

日    期	供水溫度（℃）	回水溫度（℃）	供水壓力（MPa）	回水壓力（MPa）	一次網(wǎng)流量（t/h）
2009年12月5日	88.5	49.6	0.50	0.38	2058
2009年12月15日	97.41	55.0	0.45	0.27	2242
2009年12月25日	85.7	53.7	0.42	0.23	3127
2010年1月11日	74.2	45.3	0.47	0.28	2940
2010年1月21日	74.6	48.6	0.41	0.23	2924
2010年1月31日	79	50.7	0.39	0.20	2947
2010年2月7日	85.3	45.4	0.36	0.26	1815
2010年2月17日	82.1	50.8	0.39	0.25	2570
2010年2月27日	73.6	45.5	0.33	0.25	2075

1.3 熱負荷

1.3.1采暖綜合熱指標

建筑采暖綜合熱指標是由所在地區(qū)氣象條件及建筑物的圍護結(jié)構(gòu)特征所決定的。通過對2009年采暖季的實際運行能耗數(shù)據(jù)及供熱面積的分析統(tǒng)計，推算同煤集團“兩區(qū)”供熱系統(tǒng)的采暖綜合熱指標約為60W/㎡。

1.3.2供熱面積統(tǒng)計

2009年采暖季，同煤集團“兩區(qū)”供熱的面積為260萬㎡，2010年新增供熱面積370萬㎡，現(xiàn)供熱總面積為630萬㎡。由此，根據(jù)“兩區(qū)”的采暖綜合熱指標，得出2010年采暖季同煤“兩區(qū)”總熱負荷需求約為378MW。

1.3.3熱源能力和熱負荷平衡

同煤集團“兩區(qū)”的熱源能力和熱負荷供需平衡如表1-3所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，同煤集團“兩區(qū)”的供熱系統(tǒng)將面臨著嚴重的熱源能力不足的問題，2010年采暖季將會出現(xiàn)約200萬㎡的缺口，由于大氣環(huán)境治理的要求，又要嚴格控制城區(qū)燃煤鍋爐及燃煤電廠的建設。作為城市基礎設施的一項重要組成部分，如果同煤集團“兩區(qū)”的居民采暖問題不能解決，將嚴重限制該區(qū)域居民的生活水平，影響該區(qū)域的和諧穩(wěn)定發(fā)展。

表1-3  同煤集團“兩區(qū)”供熱系統(tǒng)供需平衡

	2009年采暖季	2010年采暖季
“兩區(qū)”供熱面積（萬㎡）	260	630
“兩區(qū)”供熱負荷（MW）	156	378
一電廠供熱能力（MW）	268	268
熱源供熱能力與熱負荷差值（MW）	+112	-110

2 供熱系統(tǒng)改造

目前，由于同煤集團“兩區(qū)”改造工程的逐步建設完善，供熱面積在不斷加大，然而大同一電廠的熱源有限，新建熱電廠或大型燃煤鍋爐房又會帶來環(huán)境問題，為各地環(huán)保部門所嚴格控制；另外，官網(wǎng)輸送能力的不足，不能滿足城市建筑對采暖日益增加的需求，重新擴大主干管管徑不僅投資巨大，而且對于管線密布的地下現(xiàn)狀和交通繁雜、建筑密集的地上現(xiàn)狀，熱網(wǎng)的改造、重建會非常繁瑣。鑒于此情況，采用清華大學提出的“基于吸收式循環(huán)的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術”，對電廠和熱力站進行集中供熱改造，可有效地解決這一問題。

2.1 吸收式換熱

2007年清華大學首次提出了“吸收式換熱”的概念和“基于吸收式循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術”（簡稱“基于吸收式循環(huán)”）并與北京環(huán)能瑞通科技發(fā)展有限公司合作，相繼開發(fā)出“吸收式換熱機組”和“余熱回收專用熱泵機組”等一系列產(chǎn)品。

2.2 技術流程

清華大學提出的基于吸收式循環(huán)的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術流程如下圖2-1所示：

（1）熱力站處安裝吸收式換熱機組，用于替代常規(guī)的水-水換熱器，在不改變二次網(wǎng)供回水溫度的前提下，降低一次網(wǎng)回水溫度至20℃左右，熱網(wǎng)供回水溫度由原來的120/60℃變?yōu)?/span>120/20℃，輸出溫差拉大了近一倍，由此大幅度的降低了熱網(wǎng)投資和運行費用。

（2）在電廠熱網(wǎng)加熱首站安裝吸收式熱泵機組，以汽輪機的采暖蒸汽驅(qū)動回收汽輪機排汽余熱，用于梯級加熱一次網(wǎng)熱水，由于熱網(wǎng)低溫回水實現(xiàn)了與汽輪機排汽的能級匹配，使得熱泵處于極佳的制熱溫度和更大的升溫幅度，從而使熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)的能耗大幅度降低。

通過新型熱泵機組開發(fā)和構(gòu)建新型的集中供熱系統(tǒng)，一方面利用電廠汽輪機乏汽余熱供熱，可提高電廠現(xiàn)有供熱機組的供熱能力30%以上，降低系統(tǒng)供熱能耗40%以上；另一方面實現(xiàn)了管網(wǎng)的大溫差輸送，可提高熱網(wǎng)的輸送能力80%左右，降低新建管網(wǎng)的投資和輸送能耗30%以上。

圖 2-1 基于吸收式循環(huán)的新型熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術流程

2.3 改造方案

2.3.1大同一電廠

大同一電廠兩臺2×135MW機組配套安裝兩臺余熱回收熱泵機組。回收汽輪機排汽余熱，梯級加熱熱網(wǎng)回水，能把尾部余熱回收利用并提高供熱溫度，額定工況下，可回收電廠余熱140MW。

2.3.2同煤“兩區(qū)”熱力站

（1）同煤“兩區(qū)”有熱力站48座，其中地上熱力站10座，地下熱力站38座，在10個地上熱力站和有條件的4個地下熱力站安裝吸收式換熱機組18臺。末端是掛暖的供熱系統(tǒng)（137萬㎡），使一次網(wǎng)回水降低至31℃，末端是地暖的供熱系統(tǒng)（136萬㎡），使一次網(wǎng)回水降低至20℃，在不具備安裝吸收式換熱機組的34個地下熱力站采用增加板式換熱片的方式，提高板式換熱器的換熱面積，使一次網(wǎng)回水降低至43℃。通過上述改造，一次網(wǎng)返回熱電廠的綜合回水溫度可降低到37℃左右。

（2）在各熱力站安裝一次水流量自動控制閥57個，增加了遠程檢測調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以解決了水力失調(diào)，供熱不均衡等問題。

2.3.3熱源與用戶供需平衡

改造后的供熱系統(tǒng)熱源與用戶供需平衡如表2-1所示，根據(jù)設計工況下熱量數(shù)據(jù)可以看出，改造后，由于熱源能力的提高，完全可以滿足同煤集團“兩區(qū)”600萬㎡的供熱需求。

表2-1 同煤集團兩區(qū)供熱系統(tǒng)改造后的熱源與用戶供需平衡

項 目	最大抽汽工況		設計工況
	熱量（MW）	供熱面積（萬㎡）	熱量（MW）	供熱面積（萬㎡）
汽輪機抽汽	268	447	256	427
回收汽輪機排汽	208	347	140	233
合計	476	793	396	660

3 運行效果

3.1大同一電廠吸收式熱泵運行效果

從2010年10月開始，大同一電廠為同煤“兩區(qū)”供熱420萬㎡，其余的由同煤大唐電廠供熱。2010年12月30日，改造工程全部完成，2011年1月5日，大同一電廠兩臺吸收式熱泵機組和同煤“兩區(qū)”的8臺吸收式換熱機組同時投入運行。根據(jù)“兩區(qū)”的供熱記錄統(tǒng)計，供熱改造系統(tǒng)運行前后各項數(shù)據(jù)如下：

3.1.1 供熱改造系統(tǒng)投運前：

大同一電廠提供的一次網(wǎng)流量為3000t/h左右，平均供水溫度為85℃左右，回水溫度40℃左右；同煤“兩區(qū)”熱交換站二次網(wǎng)的平均供水溫度為40℃左右，個別站二次網(wǎng)供水溫度甚至低于35℃，回水溫度為35℃左右。各物業(yè)站上報的小區(qū)居民測溫結(jié)果顯示，30%的居民室溫低于18℃。

3.1.2供熱改造系統(tǒng)投運后：

大同一電廠提供的一次網(wǎng)流量為3500-3800t/h，供水溫度升為100℃以上，回水溫度在45℃左右；同煤“兩區(qū)”熱交換站二次網(wǎng)的供水溫度全部達到48℃左右，回水溫度為40℃左右。各小區(qū)住戶的測溫結(jié)果顯示，除有個別靠山墻及頂層住戶室溫低于18℃，其余住戶都在18℃以上。

3.2 同煤“兩區(qū)”吸收式換熱機組運行效果

2011年2月23日，同煤“兩區(qū)”將同煤大唐電廠的熱源全部退出，至此，“兩區(qū)”的48個熱交換站，共計600萬㎡的供熱面積全部由大同一電廠提供熱源，熱交換站的18臺大溫差換熱機組也全部投入運行。運行結(jié)果如下：

（1）一電廠的一次網(wǎng)流量為3800t/h左右，平均供水溫度為100℃左右，平均回水溫度為38℃左右。熱交換站二次網(wǎng)平均供水溫度在48℃左右，平均回水溫度在40℃左右。

（2）同煤“兩區(qū)”熱交換站的18臺“吸收式換熱機組”一次網(wǎng)供水溫度在100℃左右，回水溫度都在25℃左右，吸收熱能溫差在75℃左右。機組的低溫回水在綜合了其它站板式換熱器的回水后，給電廠的回水溫度也只有38℃左右，有效的吸收了熱能?，F(xiàn)列舉其中的一個熱交換站做比較（見表3-1），表中所示C區(qū)熱交換站原由同煤大唐電廠采用水-水管式換熱器供熱。

 

表3-1  同煤集團兩區(qū)C區(qū)熱交換站供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析表

C    區(qū) 熱交換站	一次網(wǎng)			二次網(wǎng)
	供水溫度	回水溫度	流  量	供水溫度	回水溫度
管式換熱器	103℃	46℃	260t/h	48℃	41℃
大溫差機組	98℃	26℃	200t/h	50℃	40℃

以上數(shù)據(jù)顯示，兩種供熱方式，在一次網(wǎng)供水溫度相差5℃左右,流量相差60t/h的情況下，吸收式換熱機組吸收的熱能溫差仍能達72℃，二次網(wǎng)的供水溫度完全能夠保證，而且降低了能耗。

（3）各小區(qū)住戶室內(nèi)溫度抽查測量結(jié)果顯示，住戶室溫基本都保持在18℃至23℃之間。

4 結(jié)論

根據(jù)以上數(shù)據(jù)結(jié)果分析，同煤“兩區(qū)”的供熱改造工程，采用清華大學的“基于吸收式循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術”取得了顯著的效果，不僅有效地利用了大同一電廠的熱能，而且大幅度的增加了供熱面積，熱交換站的吸收式換熱機組，有效吸收了電廠一次網(wǎng)的熱能，降低了一次熱網(wǎng)返廠回水溫度，為大同第一熱電廠汽輪機乏汽余熱回收創(chuàng)造有利條件，可大幅提高該電廠的供熱能力和能源利用效率，同時，供熱改造工程通過完善集中熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，有效解決水力失調(diào)、供熱不均等問題，提高供熱質(zhì)量，節(jié)約供熱能耗，實現(xiàn)能源的綠色高效利用。

 

 

 

 

 

參考文獻

[1]付林.江億.張世鋼.基于Co-ah循環(huán)的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱方法[J].清華大學學報(自然科學版).2008年09期1377-1380，1412

 

Application of district heating system based on Co-ah cycles

in combined heating and power systems

Li Lixin

(Pengcheng Company; Datong coal Mine Group Corporation; Datong; Shanxi;037003)

 

Abstract: Introduces the application of district heating system based on Co-ah cycles proposed by tsinghua university  in combined heating and power systems in Datong Coal Mine Group. Anylisis on running datas of a whole running season showed that the system ran stably and increased energy efficiency significantly. In heating substations, temperature of return water is reduced to 25℃ by absorption-exchangers. In the cogeneration plant, circulating water is heated by extracton steam of steam turbines and exhausted heat in absorption pumps. This system enjoys a high energy saving effect and economic benefit, so it is proper to applicate this system in large-scale.

Key words: Co-generation; district heating; absorption heat exchanger

 

作者簡介：李利新（1972-），男，山西大同同煤集團鵬程公司，工程師

 

 

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基于Co-ah 循環(huán)的熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱方法

清華大學學報（自然科學版）[ISSN:1000-0054/CN:11-2233/N]

期數(shù): 2008年09期

頁碼: 1377-1380,1412

欄目: 建筑科學與工程

出版日期:2008-09-15

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