赤峰市基于吸收式换热的热电联产集中供热示范工程_张世钢

工程实例 　赤峰市基于吸收式换热的　热电联产集中供热示范工程＊北京清华城市规划设计研究院　张世钢☆清华大学　付　林赤峰富龙热力有限责任公司　李世一　王凌云北京环能瑞通科技发展有限公司　罗　勇清华大学　江　亿摘要　介绍了该示范工程的建设及运行情况,并通过实际运行数据分析了其节能效果。

示范工程的运行与测试分析表明,该系统运行稳定可靠,能够将一次网回水温度降到25℃左右,同时可回收电厂循环水余热,节能与经济效果显著,可以大规模推广应用。

关键词　热电联产　集中供热　吸收式换热Demonstration project of district heating system with cogeneration based on absorption heat exchange(co -ah cycle )in Chifeng CityB yZh a n gS h i g a n g ★,F u L i n ,L iSh i y i ,Wa n gL i n g y u n ,L u o Yo n ga n dJ i a n gYiAbstract Pr ese nts the constr uction and oper ation situation of the dem onstr ation pr oject a nd a nalysesits ener gy saving eff ect based on oper ation da ta .The r esults of oper ation and test indicate that the co -ah cycle system is stable and re liable ,and that the te mpera tur e of r etur n water of pr ima ry hea ting networ k can be r educed to about 25℃in this he ating system and the exha u sted he at r ecover y fr om circula ting cooling wa te r of coge ne ra tion plant c an be re alized simulta ne ously ,and that the ener gy e fficie nc y and economic eff ect is so signif icant th at this technique c an be put into large -scale application .Keyword s coge ne ra tion ,distr ict heating ,absor ption heat exchange★Beijing Tsinghu a Urban Plan nin g &Design In stitu te ,Beijing ,Ch ina　＊国家科技支撑计划项目(编号:2007BAB23B00),北京市科技计划项目(编号:D07040600560702)0　引言中国北方城镇供暖能耗占全国城镇建筑总能耗的40%左右[1],是建筑能源消耗的最大组成部分。

目前中国城镇供暖的主要方式是采用热电联产的集中供热方式,热电联产具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益,是解决城市集中供热的有效途径,也是未来城市供热发展的主要方向,长期以来一直得到国家政策的鼓励与支持。

但是,目前我国北方各大中城市的热电联产集中供热不同程度地面临着这样两个问题:1)城市建筑不断增加,需要集中供热网为更多的建筑供①☆张世钢,男,1970年6月生,博士100084北京市海淀区清华大学建筑节能研究中心301(010)62773885E -mail :z sg @sdu .edu .cn 收稿日期:2010-07-12暖,但城市热网的热源严重不足,而新增热源厂又会带来环境问题,受到各地环保部门的严格控制。

2)管网输送能力不足,不能满足日益增加的城市建筑对供暖需求的增加,增大主干管管径不仅投资巨大,而且对于管线密布的地下现状和交通繁杂、建筑密集的地上现状,热网的改造、重建是一项非常烦琐的工程。

针对上述问题,文献[2]提出了一种基于吸收式换热的热电联产集中供热新技术,系统流程如图1所示,在热力站处安装吸收式换热机组,用于替图1　基于吸收式换热的新型热电联产集中供热系统流程示意图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,利用一、二次热网之间大温差传热所形成的有用能作为驱动力,大幅度降低一次网回水温度(显著低于二次网温度);在热电厂安装吸收式热泵机组,以汽轮机供暖抽汽驱动,回收电厂循环水余热,梯级加热热网回水。

大容量再热式抽凝机组是目前及今后新建热电厂的主力机型,这种机组即使在冬季最大供热工况下,仍然存在大量的汽轮机排汽余热通过冷却塔排放掉,以保证汽轮机低压缸的正常工作。

该技术能够将这部分余热回收利用,相当于在不增加电厂容量、不增加当地污染物排放、耗煤量和发电量都不变的情况下,增大了热源的供热能力,提高了电厂的综合能源利用效率,同时可以减少电厂循环冷却水的蒸发量,节约水资源,并减少向环境排放的热量。

2008年5月,中国工程院召开了第9届“工程前沿”研讨会,与会的暖通空调、电厂热工、汽轮机制造等多专业的院士和专家对该项新技术进行了充分的研讨和论证,认为该技术“在不改变目前城市热网基本架构的前提下,可使管网的热量输送能力提高约80%;在基本不改变目前热电厂热电机组运行工况的前提下,使热电厂向城市热网提供的热量提高约50%。

这是热电联产集中供热领域的一项重大自主技术创新,它一方面有助于热电联产集中供热事业摆脱目前的困境,另一方面可使城市热电联产集中供热系统节能30%～50%,并相应减少CO 2和其他污染物排放,对实现我国节能减排的战略目标具有非常重要的作用”[3]。

根据该研讨会所形成的院士建议,清华大学、清华城市规划设计研究院与赤峰市富龙热力有限责任公司等单位合作,在赤峰市实施了基于吸收式换热的热电联产集中供热示范工程,通过该工程对新技术进行全尺度的实验与示范。

该工程于2008年底建成,经过两个供暖季的连续运行,基本达到了工程的预期效果。

本文简单介绍该工程的建设与运行情况,就大家普遍关注的几个问题作一些解释,希望能对新技术的推广起到一定的作用。

1　示范工程建设情况目前,赤峰市城区集中供热总面积1600多万m 2,近几年平均年新增供热面积250多万m 2。

赤峰热电厂和富龙热电厂作为两个主要热源厂,总额定供热能力仅为1400万m 2。

到2010年末,赤峰热电厂将关停4台小火电机组,富龙热电厂将关停3台小火电机组,城区热源将存在很大缺口。

到2020年赤峰市城区规划人口达100万,届时城区热源缺口至少达2400多万m 2。

另外,即使热源充足,按传统的参数供热,原有管网的输配能力也严重不足。

早期的赤峰热电厂热力网的供热能力为340万m 2,目前实际供热面积达420万m 2,热网已严重超负荷运行。

富龙热电厂热力网目前的供热面积也已饱和。

新建热源面临审批、资金、用地、环保等重重压力,仅靠新建或扩建热电厂来完全满足城市发展对热源的需求困难很大;热网方面,在目前情况下通过进一步提高流量来增大管网的输配能力会使管网的耗电量与耗水量剧增,并进一步加重水力失调现象,另外供热区的道路资源几乎已经用尽,进一步增加管径的可能性也不大。

热源严重短缺、热网输配能力不足的问题已成为制约赤峰市城市发展的瓶颈,尽快建设新热源并对供热系统进行节能改造已迫在眉睫。

在赤峰市委、市政府及富龙热电股份有限公司领导的积极组织协调下,富龙热力有限责任公司与清华大学建筑节能研究中心进行了广泛深入的交流沟通,决定在全国率先开展基于吸收式换热的热电联产集中供热技术的示范项目,全面验证该技术的实际可行性,为新技术在赤峰市乃至全国的推广应用奠定基础。

此供热新技术的节能效果需要供热企业与热电厂联合作用、相互协调产生。

富龙热电厂和富龙热力有限责任公司同属于赤峰富龙热电股份有限公司,不存在明显的利益分配矛盾,这也为示范工程的开展提供了诸多方便,更为日后制定电厂与供热企业的利益分配机制和确定热价等方面提供了可靠的依据。

这也是清华大学建筑节能研究中心选定赤峰市作为本技术示范城市的原因之一。

此项工程作为示范项目,参与各方经多次现场调研,详细分析了富龙热电供热区松山部分的供热现状后,拟定以位于松山区的穆家营镇政府热力站所承担的16万m2的供热面积作为试点进行改造。

在穆家营镇政府热力站安装2台吸收式换热机组,在富龙热电厂新建供热首站,并新建一条从供热首站至穆家营镇政府热力站的直埋供热管线。

该工程包括电厂供热首站的设计及施工、穆家营镇政府热力站的改造,并新增除二次网以外的所有系统管线。

该工程由清华大学、赤峰富龙热力有限责任公司、清华城市规划设计研究院能源所、北京环能瑞通科技发展有限公司等多家单位共同完成,具体分工如下:清华大学和清华城市规划设计研究院能源所负责系统的理论分析和方案设计、关键设备流程设计与优化及项目可行性研究,北京环能瑞通科技发展有限公司负责关键设备(吸收式换热机组和吸收式热泵机组)的设计、生产、调试,赤峰富龙热力有限责任公司负责整个工程的设计、施工和运行管理。

2008年5—10月,先后完成了项目的可行性研究、施工图设计、关键设备研发和热力系统的建设等工作,项目按预定进度顺利完成, 2008年11月开始试运行。

2　示范工程系统流程示范工程流程如图2所示。

该工程是基于吸收式换热的热电联产集中供热技术的完整示范,包括新型供热首站(设置于富龙热电厂)和热力站(设置于穆家营镇政府热力站)各一座。

1)热力站:穆家营镇政府热力站占地约170 m2,承担供热面积约16万m2,原系统为采用混合图2　示范工程热力系统示意图水泵的一、二次网直接连接方式。

该项目对该热力站进行了改造,安装了2台吸收式换热机组(型号分别为AH E8000和A H E2000),总供热量10 M W。

一次网和二次网改为间接连接方式,通过吸收式换热机组换热,水力工况完全隔绝开来。

在保持二次水供回水温度与原系统相同的情况下,使一次侧回水温度降低到25℃,最大供回水温差达到105℃。

2)供热首站:在赤峰富龙热电厂建设新型供热首站,占地约200m2,安装双效、单效、大温升吸收式热泵各1台及汽水换热器1台。

一次网回水依次进入各设备,逐级加热,具体加热过程为:返回供热首站的25℃左右的一次网回水首先与各级热泵出口的电厂循环水混合至30℃左右,再进入电厂凝汽器,在凝汽器中吸收汽轮机乏汽凝结热量,升温至40℃左右后回到供热首站,然后分成两路,一路以串联的方式依次进入双效、单效、大温升吸收式热泵分别加热至55,75,90℃,最后进入汽水换热器加热至130℃,作为一次网供水供出;另一路以并联的方式接入各级吸收式热泵机组,作为热泵机组的低位热源放热降温,然后再与一次网回水混合后返回电厂凝汽器吸热。