热电联供机组能量梯级综合利用技术应用综述

热电联供机组能量梯级综合利用技术应用综述华电电力科学研究院2013年6月前言概述142能量梯级利用基本原理前景展望主要内容梯级利用主要应用技术3前言概述13我国能源利用现状近年来供电煤耗下降情况

主要指标与先进国家的差距节能降耗主要技术路线

我国能源利用现状在我国的能源消费结构中，煤炭仍占一次能源生产和消费中比例的70%左右。

2010年国内发电与热电联产用煤总量约18亿吨，约占全国煤炭总消耗量的60%。

我国的单位GDP能耗比世界平均高2.4倍，与世界先进水平仍存在较大差距。近年来供电煤耗下降情况供电标准煤耗（克/千瓦时）年份（年）主要指标与先进国家的差距火电机组供电煤耗（g/kWh)高效机组所占的比重（2009年）煤耗指标大容量机组约38%＞40%国内水平国外水平单位GDP能耗比世界平均水平高2.4倍我国能源利用效率：38%日本均效率：42.2%丹麦哥本哈根：93%（最高）能量利用效率与先进水平的差距各国各国煤炭火力发电热效率的推移资料来源：EcofysComparisonofPowerEfficiencyonGridLevel2009日本某机组送电端热效率的推移提高能量利用率形式提高能源的利用率高参数、大容量低品位热源回收欧洲FutureⅡ（2015）40MPa,700℃/720℃机组效率52~55%。我国发展700℃等高参数、大容量机组受材料研制的限制华电集团近几年节能降耗业绩华电节能降耗措施整体优化技术低品位热源回收华电集团自开展机侧优化、整体优化技术后，集团燃煤机组供电煤耗自2011年到2013年5月底累计降低煤耗15.6g/kWh。机侧优化技术华电集团供热机组状况截止2013年3月末，华电集团公司燃煤机组共256台，总装机容量8069.58万千瓦，其中供热机组150台，装机容量3404.86万千瓦，占华电煤机总容量的42.2%。开展供热机组节能降耗技术最大供热面积32224.88万平米优化发电机组装机结构发展大型高效燃煤及冷热电联产机组开展火电厂机组综合提效工作节能降

耗开展火电厂低温余热利用工作节能降耗主要技术路线燃煤供热机组火电供热机组节能降耗

燃气供热机组能量梯级利用基本原理213梯级利用原理介绍高效余热回收基本原理可再生能源环境品位驱动热泵供热/制冷除湿采暖生活热水电燃料高温中温低温化学能二次燃料温度对口分配得当能量梯级综合利用国家“十二五”规划纲要的节能指标到2015年末，单位国内生产总值能耗降低16%，单位国内生产总值二氧化碳排放降低17%。能量梯级利用原理品位对口梯级利用热能品位高中低温度对口梯级利用汽机输入热量电排汽抽汽供热驱动力

温差热用户正卡诺循环逆卡诺循环正逆耦合循环TSTS高效余热回收基本原理制冷梯级利用主要应用技术316排烟热量深度利用引增合一技术

主机系统综合提效技术

集中供热梯级利用技术

应用举例排烟热量深度回收利用在空预器后的尾部烟道布置排烟热量深度回收利用装置，吸收排烟温度高损失的余热，提高汽轮机做功能力。引增合一技术增压风机烟气引风机引风机烟气综合利用尾部烟气动能，合理设计引风机容量，使引风机后烟气直接进入吸收塔，降低厂用电率，提高发电效率。主机系统综合提效技术主机系统优化技术是能效梯级利用理论的综合体现。通过汽轮机冷端优化、锅炉尾部烟气余热利用，风机节能优化等，实现电厂的高效节能。1锅炉优化前热效率试验14一次风机性能诊断评价试验27加热器效率试验(七台)2制粉系统性能诊断评价试验15空预器性能评估试验28真空严密性试验3空预器性能诊断评价试验16锅炉吹灰优化试验29给水泵性能试验(三台)4电除尘性能诊断评价试验17正平衡法煤耗测试试验30小汽轮机性能试验(两台)5引风机性能诊断评价试验（两台）18大修后冷态空气动力场31凝结水泵性能试验(两台)6送风机性能诊断评价试验（两台）19全厂整体优化改造调研32循环水泵性能试验7一次风机性能评估及优化运行试验20汽轮机改造前性能试验33循环水系统运行优化试验8燃烧特性评价试验21汽轮机水平衡测试34汽轮机真空检漏试验9保温性能评价试验22汽轮机振动监测35汽轮机疏水优化系统设计10锅炉汽温特性评价试验23调节级效率测试36汽轮机阀门特性试验11专项诊断评价试验24凝汽器性能试验37汽轮机定压-滑压曲线测试12锅炉性能考核试验25引风机性能评估及优化运行试验（两台）38汽轮机运行优化试验13制粉系统性能评估试验26送风机性能评估及优化运行试验（两台）锅炉侧汽机侧改造项目节能量g/(kW·h)改造项目节能量g/(kW·h)尾部烟气余热利用1燃烧调整及配煤掺烧1降低排烟温度（省煤器）1.5通流改造10-15降低排烟温度（空预器）1-2热力系统改造2.5空预器漏风治理1喷嘴改造及机组最佳配汽方式1.4基于先进控制的燃烧优化1.5汽封改造2协调控制及滑压调节优化1冷端优化3-7低NOX燃烧/凝汽器改造2-3吹灰器及吹灰优化1水塔改造1-2制粉系统优化改进1-2加热器调整及改造0.5风机节能优化1-2辅机优化及改造2-5主机系统综合提效技术典型机组效果及示范作用（300MW）主机系统综合提效技术集中供热梯级利用应用技术供热参数的优化包括：选择合适的供热抽汽的压力。供热抽汽压力越低，机组的发电热效率越高；尽量降低供热抽汽的温度。对高温供热抽汽，可将其过热度用于热力系统以提高机组的热经济性。

供热技术主要包括：汽轮机低真空运行供热技术“NCB”新型供热机组技术供热机组采用热泵技术燃料总热量100%300MW亚临界纯凝机组能流图电力输出38%排汽冷凝废热45%供热输出30%排汽冷凝废热20%其他损失20%（由于供热新增3%）新增供热22%电力输出30%300MW亚临界机组抽汽供热机组能流图热泵回收余热的抽汽供热机组能流图电力输出28%其他损失17%其他损失20%(由于供热新增3%)能量利用率60%能量利用率38%能量利用率80%集中供热梯级利用技术——节能潜力分析通过提高冷凝式汽轮机背压，排汽温度大幅提高，凝汽器变为热网加热器。■优点:系统简单；降低冷源损失■不足:以热定电；高背压影响机组发电效率；排汽工况变化可能会影响机组安全性；维护量大，寿命短。集中供热梯级利用应用技术-汽轮机低真空运行供热低真空运行下汽轮机排汽余热完全被利用，消除冷源损失，使发电煤耗降至150g/kWh以下。低真空供热运行原理图集中供热梯级利用应用技术-“NCB”新型供热机组技术将原汽轮机高中压和低压部分断开，各自带发电机；高、中压汽轮机+电机组成高中压机组；低压汽轮机模块+电机组成低压机组；低压缸可根据需要切除，机组在抽凝与背压间转换。■优点:机组在供热期和非供热期都有较高效率。■不足:改造投资大，难度大；技术新，风险大；背压时以热定电，热负荷变化时影响机组发电量。

集中供热梯级利用技术——吸收式热泵余热回收技术◆溶液循环作为能量转移的载体；◆热力循环实现能量品位的提升；◆水在低压力“闪蒸”吸热的特性。◆溴化锂溶液稀释放热，加热再生。利用汽轮机低压抽汽，作为驱动热源驱动吸收式热泵，将原本直接排放掉的低压缸凝汽余热回收，并且用于集中采暖供热。整个过程可以实现：输入1kW较高品质的热量可以获得1.7kW的中等品质的热量。集中供热梯级利用应用技术-技术比较以上三种集中供热技术，各有优势，并且都有一定的应用条件。大温差热泵技术典型热泵技术吸收式热泵技术低真空供热技术其中应用更为广泛的技术凝水回锅炉循环水循环水抽汽电站锅炉汽轮机排汽换热器吸收式热泵凝水余热回收一次网回水采暖用户一次网供水吸收热泵供热流程方案新建热泵厂房，对循环水、蒸汽系统改造；若为大温差系统，则对二次热网侧需改造，增加网侧大温差机组。改造范围：采暖用户集中供热梯级利用应用技术-技术比较凝水回锅炉电站锅炉汽轮机排汽换热器凝水余热回收一次网回水采暖用户采暖用户一次网供水改造范围：对汽轮机后几级叶片、凝汽器等进行改造；需要校核轴向推力、叶片强度、轴系稳定性校核。低真空集中供热流程方案集中供热梯级利用应用技术-技术比较项目吸收式热泵技术低真空供热技术实际应用效果较好对小机组较好具有的优势适应范围广，供热与非供热工况快速、无缝切换，不改动主机，总体改造难度较小。项目投资相对较小；占地面积小。限制条件典型方案：热回收能力受驱动抽汽量及热网管径限制；大温差方案：需同时改造厂侧及网侧，网侧改造协调难度大。以热定电；背压高引起发电负荷下降；大型机组尚无应用案例；需要较强的检修队伍。系统变工况特性典型热泵：随负荷变化不改变热网原有运行方式，热网回水温度高影响机组回收效果但不影响安全；大温差：随负荷变化改变原热网的运行方式，需调节热网水流量，以保证供热温度。完全以热定电；热网回水温度高将影响机组回收效果和负荷，且可能影响机组安全设计最低供电煤耗的影响可回收全部余热~150可回收全部余热~150投资

(万元/MW)适中较低集中供热梯级利用应用技术-技术比较山西某2×135MW空冷机组低温余热利用项目□采用大温差供热技术，项目投运时间2011年1月；□135MW空冷供热机组的余热回收供热工程，新增供热能力132MW（179万GJ），新增供热面积200万平米；□空冷岛下方安装2台乏汽余热回收机组，用户热力站处安装18台换热机组；□供热期内乏汽通过余热回收机组凝结降温，节约空冷散热器的风机电耗。应用举例——热电联供电厂□采用典型热泵供热技术，项目投运时间2011年11月；□125MW水冷供热机组余热回收供热工程，新增供热能力49.72MW（75万GJ），可实现新增供热面积约83万平米;□项目系统共设计3台吸收式热泵，总容量113MW;□供热期内可切除冷却塔，循环水系统形成闭式循环，节省了大量水资源。新疆某2×125MW水冷机组低温余热利用项目应用举例——热电联供电厂山东某1x140MW低真空供热利用项目□采用低真空供热技术，项目投运时间2011年11月；□新增供热能力159.9万GJ，可实现新增供热面积399.75万平米；□年可节约标煤约4.54万吨，减排CO2

11.89万吨，SO2

908吨，NOX

335.9吨。原纯凝工况2×6级叶片低压转子2×4级叶片低压转子现场转子更换应用举例——热电联供电厂集中供热综合效益前景展望435热电联供发展趋势梯