用于集中供热的冷凝热回收（火用）分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

西山热电原东线热网设计供热面积为 254×104m z， 采用 125℃/65℃高温水间接供热。2011年供热能力已达到饱和。随着矿区发展 ，今后将不能满足矿区供热需求。为了保证矿区的供热需要，在不增加机组的前提下，西山热电于 2012年进行了冷凝热回收利用项 目工程建设。电厂的乏汽冷凝热品位低，难以直接利用 ，必须采用热泵技术将温度提升到-定值 ，才能用于集中供热。该项目回收利用了汽轮机乏汽冷凝热，并与原热网系统结合进行冬季供热。废热利用后，既提高了汽轮机组运行经济性，又大幅提高了供热能力。

本文利用火用经济理论，对常规集中供热系统和冷凝热回收利用集中供热系统的能量转换及利用效率进行对比，绘制了西山热电冷凝热回收改造前后集中供热系统的火用流图，并进行了分析。对热电厂在不扩容的前提下增加供热面积具有现实的指导意义。

1 原集中供热系统西山热电原有集中供热系统采用 3台汽轮机的第收稿日期：2013-06-27作者简介 ：栾志勇，1981年生，男，河北井陉人，2012年毕业于太原理工大学热能与动力工程专业，工程师。

· l8 ·五级调整抽汽作为供热汽源通过管道输送至供热首站，东线设置 4台热网加热器，换热面积 650 m ，凝结水通过热网疏水泵送回至高压除氧器。-次网回水在热网加热器内被过热蒸汽加热至 125℃，向-次网供水；-次网热水在各供热站的水水换热器中与二次网热水进行换热，被冷却到65℃。

热网加热器 125℃ 3 236t/h图 1 原集中供热系统图2 冷凝热回收集中供热系统网西山热电冷凝热回收集中供热系统采用了清华大学于 2007年提出的 基于吸收式换热的热电联产集中供热技术” (见图2)。在部分换热站 (二级站)安装吸收式换热机组，用于替代常规的水-水换热器，在不改变二次网温度的前提下，降低-次网回水温度至 35℃左右；在西山热电安装吸收式热泵机组，以2013年第9期 栾志勇：用于集中供热的冷凝热回收炯分析 2013年9月汽轮机的第五级调整抽汽驱动，直接回收汽轮机乏汽余热。汽轮机乏汽直接进吸收式热泵蒸发器冷凝放热，凝结水回到汽轮机排汽装置。热网回水温度设计值为35℃，热网回水先进吸收式热泵机组升温至 85℃，再进入现有的热网加热器中将水温提高到125℃，然后送到各换热站 (二：级站)，实现供热循环。

图 2 改造后集中供热系统图3 两种集中供热系统炯分析比较3.1 两种集中供热系统参数表 1 原有系统和冷凝热回收改造后系统集中供热参数参数名称 单位 原有系统 改造后系 名称参数 统参数环境温度 ℃ O 环境温度采暖抽汽压力 MPa 0.294 采暖抽汽压力采暖抽汽温度 ℃ 155 采暖抽汽温度采暖抽汽凝结 ℃ 90 采暖抽汽凝结水温度 水温度65x3采暖抽汽流量采暖抽汽流量 t/h 120x3 (去加热器)采暖抽汽流量 20.75x3 (去热泵)乏汽压力 kPa 20 乏汽压力乏汽温度 ℃ 60 乏汽温度乏汽流量24.7x3 (去空冷)乏汽流量 乏汽流量t/h 91.7x3 35x3 (去冷凝器)乏汽流量32x3 (去热泵)热 网循环水压MPa 0-3，0.1热 网循环水压力(供/回) 力(供/回)热 网循环水温 ℃ 115(热用户要求) 热网循环水温度(供) 度(供)热网循环 水 ℃ 85 热 网循环水温温度 65 度(回 1)热 网循环水温 ℃ 35度(回2)热网循环流量 t/h 3 236 热网循环流量3.2 炯 经济分析在环境条件下，任意形式的能量中理论上能够转变为有用功的那部分能量，称为该能量的炯。对热力系统的某-部分或几个部分的组合而言，以获得的效果对所供给能量的最大作用功能之比，是从热力系统的质与量来衡量各个设备或各个环节的能量转换、传递、利用和损失的情况，诊断各项能量的.!Jc月损失大小以及比例，是综合热力学第-定律和第二定律来对热力系统优劣的全面评价 1。

相对于热力学第-定律而言，热力学第二定律中的炯分析可以从质和量 2个方面来分析系统的各个设备或环节的能量转换、利用和损失情况，诊断各项能量的姗损失的大校根据质量守恒方程、能量守恒方程和火用平衡方程计算各个设备或环节的火用和火用效率。

质量守恒方程：∑ ∑‰ 013， 厶rL -厶frLⅫi1 1能量守恒方程：∑Qvc-∑m -∑m 0， (2)1 i1 Z1炯平衡方程：1-鲁) m 砜 -，vc， (3)火用计算方程：ei(hl-h0)- (s -S0)， (4)式中，Q为换热量，kw；m为质量流量，kg/s；ei为火用，kW；hi为焓，kJ/kg；Si为熵 ，kJ/kg；，为火用损失，kw；eo为环境的火用，kW；ho为环境的焓 ，kJ/kg；s。为环境的熵值，kJ/kg；To为环境温度，K； 为工况点温度，K。整理供热参数各状态点的焓、熵，根据火胀己义的计算公式求个状态点的火用值，结果见表2。

火用效率公式：out inm - 垒 衅 -!P !二!P! ! r △Einpu/n- o u t 式中，prode代表输出，inpu代表输人。

根据各状态点火用值和流量，绘制西山热电供热系统姗流图，见图3、图 4。

电厂的高压蒸汽通过汽轮机做功后，所排出的乏汽进人空冷器冷凝成凝结水，再通过回热系统加热后进人锅炉，形成 1个朗肯动力循环。在朗肯循环中，空气带走了乏汽中的冷凝热，导致电厂总热能的 60%被损失掉，带来了极大的能源浪费。西山热电在改造前，乏汽94.63%的热量通过空冷系统排向了大气，只有 5.37%的热量通过凝结水带回到系统中∩以很明显地看出汽轮机的排汽热损失，冷端损失巨大。通过· 19·2013年第9期 缸；il.耋； 饪 2013年9月冷凝热回收改造后，仅有 25.49%的乏汽热量通过空冷器排向了大气；经过冷凝器和热泵回收乏汽热量，有63.72%的热量通过集中供热系统输送至了千家万户。

对比改造前后可以看出，通过冷凝热回收改造，电厂本来要排向大气的废热被回收利用对外集中供热，提高了电厂的综合效率，节能、节水、环保。

表 2 各参数状态点焓、熵、炯焓 熵 太硐 名称 参数kJ/kg kJ&g kW环境温度℃ 0 O.05l 0 0采暖抽汽压力 0.294MPa采暖抽汽温度 155 2 71l3 6.9 827.549 ℃采暖抽汽凝结水温度℃ 90 376.8 1.196 8 50.022 6乏汽压 力 20MPa乏汽温度 60 2 6087.9 451.249 ℃乏汽凝结水℃ 60 251.43 0.832 24.243热网循环水压力(供/回) O3，0. 1MPa热网循环水温度(供)℃ l15 482.5 1.475 2 79.719 4热网循环水温度(回) 85 355.85 1.135 8 45.725 665 272.05 0.93 18.109℃ 35 146.6 0.503 4 9.120 8虽然热泵的驱动需要消耗-部分采暖蒸汽，但是通过冷凝热的回收提高了-次网的回水温度，在供热· 20 ·电能电能排汽损失热用户kW凝 结水 返 回系统图3 原集中供热烟流图面积变化不大的前提下，减少了采暖蒸汽的使用量。

采暖蒸汽使用量只有原来的71.46%，减少了锅炉的蒸发量，进而减少了电厂的煤耗≮约了电厂的煤耗，相应电厂的灰渣、烟尘、SO 、NO 等污染物都减少了对外排放。换句话说 ，回收了汽轮机乏汽冷凝热量，在不增加电厂机组容量的情况下，增加了电厂的供热潜力，可以有效增加电厂的集中供热面积。

从表 3可知，与改造前集中供热系统相比，冷凝热回收的集中供热系统的热网换热器的火用效率较高，而且冷凝器和热泵的火用效率均高于热网换热器。这是因为对于改造前集中供热系统，在首站内利用汽水换热器实现采暖蒸汽与-次网热水进行换热；而冷凝热回收改造后集中供热系统 ，在二级站降低-次网回水温度的基础上，利用凝汽器和采用采暖蒸汽驱动吸收式热泵回收部分低温电厂汽轮机乏汽提高了-次网水温，然后再由采暖蒸汽通过首站的汽水换热器把-次网水温提高到要求的温度。与原集中供热相比，冷凝热回收改造后的集中供热系统减小了蒸汽与-次网热水的换热过程中的煳损 失，合理利用了汽轮机乏汽的冷凝热量 。

凝结水返回系统图4 冷凝热回收改造后集中供热炯流图用户2013年第 9期 栾志勇：用于集中供热的冷凝热回收炯分析 2013年9月表 3 炯效率对比表 %序号 项 目 改造前 改造后1 热网换 热器 71.22 72.552 冷凝 器 84.973 热泵 89.884 结语a)采用吸收式热泵回收汽轮机乏汽余热用于集中供热，能够降低汽轮机的排汽损失，增加电厂的集中供热面积，节能、环保效果及经济效益显著，是集中供热节能技术的主要发展方向；b)火用分析方法适用于任何耗能设备和系统，与常规热平衡分析法相比，能更真实地反映系统对输入能量的合理利用程度。对系统的炯流分析能够正确反映出电厂对采汽轮机乏汽余热的能量利用程度及电厂的综合效率，能够正确指导能量利用系统的技术改进和优化配置。