循环水余热利用(热泵)技术改造

采用溴化锂吸收式热泵，既可吸收余热资源，又可增加供热能力，有益于减少环境污染，增加企业效益。
安装4台单机容量为35.9MW的溴化锂吸收式热泵，回收2号机组的循环水余热59MW，主要的系统参数如下：蒸汽压力0.2MPa.a、疏水温度90℃，热泵疏水通过疏水泵达到原热网疏水泵出口管上；热网水参数（热网水流量9500t/h，热泵进出口温度55/68℃）；循环水参数（循环水流量7800t/h，热泵进出口温度38/31.5℃）。
2．详细科学技术内容
2.1供热系统概况：
大唐双鸭山热电公司共有2台200MW供热机组，每台机组各设1套热网首站供热系统，热网系统加热蒸汽来自本机组汽轮机6段抽汽，参数为0.294MPa，252℃，采暖抽汽额定流量380t/h，最大抽汽量430 t/h，加热蒸汽管道管径为DN1400，两台机组的热网加热蒸汽系统为单元制。热网一次网供回水设计温度为120/70℃，设计压力为1.75/0.6MPa；热网供回水系统采用“单供单回”方式，两台机组的热网供水出口管（DN900）和回水管（DN1000）分别并入厂区热网循环水供回水母管（DN1200）对外供热，两台机组设计供热面积750万m2。设计热负荷见下表。
城市供热指标
双热公司满足供热面积
58W/㎡
598万㎡
60W/㎡
578万㎡
64W/㎡
542万㎡
67W/㎡
518万㎡
国家规定城市供热指标为58W/㎡-64W/㎡，由上表可知，我公司在满足该供热指标的前提下最多能带约600万㎡的供热面积。以上供热指标为多年前标准，目前随着天气变暖及新建楼体保温水平的上升，各供热公司实际执行的指标有较大幅度的降低，以龙唐公司2011年52W/㎡的标准，我公司可满足约668万㎡的供热面积。
热负荷汇总表
项目
最大
平均
最小
采暖热负荷MW
502.5
301.8
145.2
折算成0.294MPa抽汽量t/h
74Fra Baidu bibliotek.2
450.1
216.5
2.2供热能力的分析
大唐双鸭山热电公司原始设计供热负荷为750万㎡，机组设计额定抽汽量为380t/h。但2012年通过测算两台机组实际最大抽汽量只能达到2×320t/h，按此抽汽量计算理想状况下，两台机组每小时的极限供热量为1452GJ（即全天34847GJ），以上数据为理论计算值，实际运行中考虑到机组调峰、煤质变化、设备稳定性等限制因素，实际全天供热量最多约为30000GJ（2011年供热尖峰期日供热量曾达到过30055GJ）。该供热量所能满足的供热面积如下表：
本项目将原热网循环水系统回水管道通过一根DN1200钢管先引至热泵厂房作为热泵的热媒，总流量9500m3/h热网水回水分别进入4台吸收式热泵，进入热泵吸收从循环水中提取的低品质热量后，回水温度由55℃加热至68℃，考虑到在热泵出口温度不能满足热网需要的情况下，从热泵出口的热网循环水管道还要进入原系统的热网加热器进行二次加热，达到热网要求的温度后进入供水母管。
为了保证热泵系统驱动蒸汽压力维持在0.2MPa设计工况点而不受机组负荷波动而影响过度，将2号机组高排旁路上各引出一根DN550蒸汽管并联汇合后接到压力匹配器驱动汽侧，同时将2号机组去热泵系统的采暖抽汽管道上也各引出一根DN500蒸汽管道汇合后接到压力匹配器的低压汽侧，并将去减温器的减温水引出一路到压力匹配器上，使得采暖抽汽不足0.2MPa压力值时通过压力匹配器利用高排蒸汽驱动将采暖抽汽压力提升至0.2MPa以上，以确保进入热泵系统的压力实现0.2MPa的设计工况点。1号机也设置相同的压力匹配器，以保持1号机在备用时驱动蒸汽压力稳定。同时，也能保证在机组低负荷或者运行不稳定时，能提供更多的抽汽用于供热，来保持全厂对外供热能力和供热安全。
1、2号机组的采暖抽汽母管现已有一根DN700管道的联络母管，为实现有效备用，需在两台机组间新增一根DN600的联络母管。在2号机采暖抽汽母管上引出一根DN1200，通向热泵房作为驱动汽源管道，经由综合管架引接到热泵房，管路上设置一道电动蝶阀。蒸汽经减温后达到饱和温度，再分别进入4台热泵机组，热泵站房内每一台热泵入口都有随热泵供货的调节阀对进入热泵的蒸汽量进行调节。经过热泵设备换热后形成疏水，疏水管道经疏水泵至原热网疏水泵出母管进入原热网疏水系统。当2号机组停运时，可将1号、2号机组之间采暖抽汽母管的联络门打开，1号机组的六段抽汽经两条联络母管进入2号机采暖抽汽母管，再经新增的热泵蒸汽系统进入热泵机组，从而实现1号机组的备用。
按原有运行方式，在高寒期，两台机组采用两机一塔的方式运行，两台机组的循环水上同一个冷却水塔进行冷却。当两机的循环水都上1号塔时，1号、2号机组凝汽器出口母管之间联络门全开，2号机上塔门关闭。投入热泵系统后，2号机的部分循环水进入热泵机组后直接排入2号塔池，而剩余的循环水则需要上塔进行冷却，但由于流量较少，按热泵设计运行工况，上塔量只为原来的1/4左右（2100t/h），单独上塔容易结冰。为防冻，2号机剩余的循环水仍上1号冷却水塔，经冷却后降温到15℃左右，再回到#2机前池。为便于控制上塔流量，需在原1号、2号机组凝汽器出口母管联络门增加旁路和阀门，用于调节流量。同时通过调节1号、2号塔池连通沟之间的闸板，可控制从1号塔池回2号机的循环水流量，使与上塔量保持基本一致。为维持2号机组循环水流量和温度的稳定，可增加调节手段，在2号机塔池化冰管阀门前增加一个DN700的旁路和阀门，使凝汽器出水直接进入塔池。当1号、2号塔池的循环水混合温度过低时，可调节该旁路阀门，使循环水未降温后直接进入塔池，以维持2号机凝汽器进出口循环水温度的稳定。
整个项目控制系统采用国电智深DCS实现。其监测覆盖范围包括汽侧抽汽及水侧热网供水和循环水系统及吸收式热泵，吸收式热泵有各自的独立PLC控制器来控制，各吸收式热泵的PLC通过硬接线和通讯接口与DCS相连接。在就地设置远控柜和电源柜，远控柜通过光缆与主机DCS系统实现通讯。该DCS系统参照热泵热力参数，对系统进行有效的监视、控制，使其达到高效可靠运行。
为保证进入热泵的热网水水质要求，在每台热泵的热水进口管道上增加Y型滤网。
本期供热改造的用电计算负荷约为372kW，厂用电备用容量不满足本期用电负荷，因此设置两台600kVA干式变为热泵房提供电源在热泵房电气设备间设置两台热泵干式变分别对应一段PC，两段PC之间设置母联断路器，两台干式变及两段PC互为备用。热泵厂房低压厂用电系统采用动力与照明网络共用的中性点直接接地方式，电压采用~380/220V。干式变高压侧两路电源分别引自主厂房6kV IA段#2柜、IIA段#16柜（原为热网循环泵供电回路，现已改为气泵，回路备用），根据实际情况，需对回路内保护装置及其附件进行更换；若6kV IA段#2柜、IIA段#16柜任留作电动机供电回路，也可在6kV IA段、IIA段就地增加两面高压柜；两种方案，由电厂自主规划（电气材料清册按后者统计）。
热泵房两段PC供电控制电源采用220V直流，分别从主厂房220V直流I、II段各引一路。
热工UPS装置进线电源一路引自热泵房电气间PC，另一路引自主厂房直流系统。
本项目新增6kV开关柜位于余热PC间内，开关柜应带综合保护装置实现保护及控制，并应能与主厂房DCS进行连接实现远程控制。
热泵房PC负荷利用安装在相应开关柜内的智能测控装置及马达保护器实现控制及保护。
2.3改造的必要性
目前大唐双鸭山热有限公司接待的供暖面积近700万m2，已经超出了实际供热能力，2013——2014供热期是暖冬，供热问题没有凸现，由于双鸭山市暂没有备用热源，因此大唐双鸭山热电有限公司承担更大的供热压力，亟需新增热源来保证供热。
同时，我厂2座冷却塔，单个冷却塔冬季循环水循环量约9900 m3/h，冬季凝汽器出入口水温
目前大唐双鸭山热有限公司接待的供暖面积近700万m2，已经超出了实际供热能力，2013——2014供热期是暖冬，供热问题没有凸现，由于双鸭山市暂没有备用热源，因此大唐双鸭山热电有限公司承担更大的供热压力，亟需新增热源来保证供热。
同时，我厂2座冷却塔，单个冷却塔冬季循环水循环量约9900 m3/h，冬季凝汽器出入口水温平均为26.7/16.5℃，每台机组有117.45MW的热量被白白的排到大气中，造成了能源浪费。
本项目从2号机组凝汽器循环水出水至2号机冷却塔管道上引出一根DN1200钢管循环水管道，连接到热泵房作为低温余热回收热源，循环水经4台热泵放热后各自回到2号机组塔池中，并在热泵供回水管道上新设控制灵敏的电动阀门（带中停功能，可以调节进入热泵的循环水量），当2号机组停运时，可以通过操作阀门实现两台机组切换，以回收1号机组的循环水余热。根据实时运行数据分析，同时考虑冬季运行工况的余热量，循环水流量按冬季循环水泵低速泵运行方式，循环水总流量9900t/h，设计7800t/h循环水进入热泵机组，将其温度从38℃冷却到31.5℃，提取余热量59MW，其余的循环水需上1号机塔进行冷却。
同时为了保证采暖抽汽压力的稳定，需在原热网加热器的进汽支管阀门上安装带中停功能的电动头，每台热网加热器安装一个，合计6个，便于远程调节控制。
由于驱动热泵工作的是驱动汽源从饱和蒸汽变成饱和水时释放的汽化潜热，而且要求进入热泵的蒸汽的过热度不能太高，设计在10℃以内，所以在蒸汽管道上设置一个减温器，该减温器放置在汽机厂房或热泵房内，其减温水源可以考虑主机凝结水，主机热井40℃的凝结水经过凝泵后，与来自六抽的蒸汽（0.22MPa，230℃）混合进行热交换，考虑0.02MPa的管程损失，变成压力为0.2MPa、过热度10℃或饱和驱动蒸汽进入热泵系统。同时，从热泵疏水泵后引一根DN40的管子引到减温器减温水管道上，作为备用。2号机组正常运行时，减温水采用主机凝结水，当2号事故状态停机，驱动蒸汽来自1号机组时，减温水可采用热泵疏水。
投入热泵后系统水阻新增约10m，而原循环水系统管网阻力（含汽机凝汽器水阻）为4m，在采暖期热泵投入运行后整个系统的水阻约为14m，现行水泵冬季运行低速泵，其设计扬程为16.1m，能够满足热泵系统运行需要。同时多余的循环水按原有方式运行，仍可实现上塔冷却。
为保证进入热泵的热网水水质要求，在每台热泵的热水进口管道上增加Y型滤网。
平均为26.7/16.5℃，每台机组有117.45MW的热量被白白的排到大气中，造成了能源浪费。
采用溴化锂吸收式热泵，既可吸收余热资源，又可增加供热能力，有益于减少环境污染，增加企业效益。
安装4台单机容量为35.9MW的溴化锂吸收式热泵，回收2号机组的循环水余热59MW，主要的系统参数如下：蒸汽压力0.2MPa.a、疏水温度90℃，热泵疏水通过疏水泵达到原热网疏水泵出口管上；热网水参数（热网水流量9500t/h，热泵进出口温度55/68℃）；循环水参数（循环水流量7800t/h，热泵进出口温度38/31.5℃）。
热泵机组疏水汇集后进入疏水罐，经2台疏水泵（一用一备）升压后进入原热网加热器疏水泵出口母管。为了使疏水系统稳定，设置了一个约15m3的疏水罐。
双鸭山热电现有热网系统主要布置有6台热网加热器，设置了6台热网循环泵，4台电泵2台汽泵，一般运行时只开启两台汽泵，当热水流量需求较大时，再开启两台电泵。每台汽机带3台热网加热器和3台热网循环泵，热网水合并一根母管供至各热力站。设计供水温度为120℃，回水温度70℃。实际运行时高寒期热网供水温度为95℃，供水压力为0.9 MPa，回水温度57℃，回水压力为0.4 MPa。热网系统改造后，热网回水需克服热泵机组约10m水柱的压力损失，根据实际的热网运行工况和回水压力，足以克服新增热泵机组及相应管路的水阻，不需要新增升压泵。
人机接口采用LCD及键盘，操作员站使用原主机DCS系统操作员站，以LCD、鼠标作为监控中心，实现全LCD监控。
为了将来实现电厂全面的管理控制自动化，本供热改造工程，为安全起见，减轻劳动，配合控制自动化，增加相应的工业电视摄像头，与电厂的工业电视系统相连，监视吸收式热泵、疏水泵等。
2．详细科学技术内容
大唐双鸭山热电有限公司原有系统1号、2号机组六段采暖抽汽管道连至6台热网加热器，每台主机连接3台加热器。该抽汽额定压力为0.294MPa.a，温度为276.7℃。目前高寒期采暖抽汽压力约在为0.15 MPa，温度约为205℃。
另外，共设置了6台疏水泵，每台主机带3台疏水泵（一台汽泵，两台电泵），热网加热器疏水通过疏水泵分别引至各机组的#4低加前，与#3低加出水混合，疏水温度为110℃。