余热供热初步可研方案

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1、包头希铝自备电厂4 X155MW机组余热供热改造工程初步可行性研究方案一、项目简介21.1电厂概况21.2项目背景21.3项目意义5二、方案设计72.1设计原则.72.2设计依据72.3工程方案82.4总结建议14、项目简介1.1电厂概况东方希望包头稀土铝业有限责任公司 （以下简称为：包头希铝）是中国大型民 营企业东方希望集团的全资子公司，于 2002年在内蒙古包头建设的大型现代化 铝电一体化工厂，是内蒙古自治区重点企 业，全国光彩事业重点项目。一期工程于 2003年10月28日投产。目前，包头希铝已形成了以铝电为核心的“希望工业 园区循环经济产业集群”。2011年，包头希铝实际完成发电量69

2、亿度、生产电 解铝71万吨，实现产值106.7亿、营业收入102.2亿元、利税13.9亿元，产值、 营业收入双双突破百亿元大关。项目配套建设的自备电厂分两期建设，一期建设4台155MW湿冷抽汽机组， 设计供热能力约为800万廿，二期建设2台350MW湿冷纯凝机组，电厂总装机容 量达132万千瓦。2011年，公司对2台350MW机组进行了供热改造，设计供热 能力约为850万廿，项目的建成将进一步提高包头市的城市集中供热覆盖面积， 改善南部区域的生态环境和供热质量。1.2项目背景1.2.1包头市供热现状包头是内蒙古第一大城市，也是内蒙古自治区最大的工业城市，是我国重要 的基础工业基地。据全国第六次

3、人口普查数据显示，包头全市常住人口 265万人， 市区人口 211万人。包头城市建成区面积360平方公里，市中心区面积315平方 公里，为全国特大城市。目前包头市城市建筑供热总面积约为6400万廿，其中 集中供热面积约5830万廿，集中供热普及率90.5%，预计未来几年每年将新增 集中供热面积400600万m：包头希铝自备电厂作为包头市南部区域的主要热源之一，一期4台155MW机组，可提供三段抽汽0.88MPa, 260C和五段抽汽0.12MPa, 122C两种参数的 蒸汽总计800t/h,两种蒸汽的供汽量在总量范围内可分别调整，其中工业用汽 为三段抽汽150t/h, 2012年共承担供热面积

4、约730万廿，机组能力接近饱和 2011年底，包头希铝对二期2台350MW机组进行了供热改造，改造完成后可满 足约850万廿建筑的供热需求，电厂总供热能力达1650万廿。根据包头市供热 办规划，包头希铝所在昆青城区2015年集中供热能力缺口约1000万廿。1.2.2电厂余热利用情况节能减排是“十二五”期间我国社会经济实行可持续发展的一个重要议题， 作为耗能大户，火电厂的节能一直是工业节能的重点，随着化石燃料价格的不断 攀升，节能减排也是电厂自身节省运营成本，提高经济效益的重要手段。加强余 热回收利用，提高能源利用效率，是节约能源、降低碳排放、保护环境的有效措 施。目前电厂能源状况如下图：能量输

5、入100%其他损失10-20%转变为电力30-40%冷凝热（通过冷却塔、海水 或河水）带走的热量50-60%可见，火力发电厂的冷端损失是电厂热力系统的最大能量损失，大量的汽轮 机凝汽器余热通过不同的冷却设备排放全大气中。电厂在冬季运行工况下，汽轮 机排汽冷凝热损失可占燃料总发热量的5060% （热电厂也在30%以上）。汽轮机 乏汽冷凝热损失对于火力.发电厂来说是废热排放，但对于需要低品位热能的建筑 米暖而言，则构成巨大的能源浪费。1、如能将汽轮机冷凝余热回收用于城市建筑供热，相当于在不增加电厂容 量，不增加大气污染物排放，耗煤量和发电量都不变的情况下，扩大了热源的供 热能力，提高了电厂的综合能

6、源利用效率，增加了供热收益。2、同时，由于减 少了冷却系统的蒸发耗散损失，还可以减少电厂循环冷却水系统补水量，节约水 资源。具有非常显著的经济效益、环境效益和社会效益。本项目拟对包头希铝自备电厂一期进行余热回收改造，回收一台汽轮机余热, 增加电厂供热能力，提高电厂能源利用效率。1.2.3吸收式热泵技术在电厂中的应用漠化锂吸收式热泵以蒸汽为驱动热源，漠化锂溶液为吸收剂，水为制冷剂， 利用水在低压真空状态下低沸点沸腾的特性，提取低品位废热源中的热量，通过 回收转换制取采暖用或工艺用的高品位热水，实现低品位余热的回收利用。根据 驱动热源及余热源的品位，热泵机组驱动热源热量、回收的低位热源（余热）热

7、量及输出热量之比为1： 0.60.8： 1.61.8，即机组制热效率为1.61.8 （请详 细论述工艺过程，制热效率得出的？）。汽轮机凝汽器的乏汽余热原来通过循环水经冷却塔或其它方式排放到大气 中，造成能量损失和环境的污染。采用吸收式热泵技术，利用电厂采暖抽汽作为 驱动热源，回收循环冷却水余热，加热热网回水，再利用尖峰加热器加热到设计 供水温度提供给市政管网供热。用吸收式热泵提热替代冷却塔散热，减少了电厂 冷端损失，增加了电厂供热能力，同时也提高了电厂总热效率。据不完全统计：目前三北地区近二年包括已建、在建和正在进行前期工作的 电厂余热利用工程有三十余项。运行数据表明，通过新型热泵机组开发和构

8、建新 型的集中供热系统，利用电厂汽轮机冷凝余热供热，可提高热电厂现有供热机组 的供热能力30%以上，降低系统供热能耗40%以上，节能效益十分显著。可以预见，“十二五”期间将是各种火电机组余热利用的大发展时期，该项 技术不仅将会在既有电厂节能改造项目中全面应用，也将被纳入新建供热电厂的 整体规划设计范围之内。1.3项目意义1.3.1本工程的建设是响应国家节能减排的精神，项目的实施可有效节约能源， 减少排放污染，改善大汽环境，同时可增加供热的安全性和稳定性，项目的建设 对于贯彻国家节能减排政策，提高电厂的经济效益和环境效益方面意义重大。1.3.2实行电厂余热回收，可优化机组的关键考核指标，提高机组

9、利用小时数（多 发电），增强盈利能力，保证电厂的长期稳定发展。1.3.3进行电厂余热综合利用，能进一步提高电厂运行热效率，降低发电煤耗指 标，减少冷却水系统补水量，提高电厂的综合经济效益。1.3.4 一期供热现状能力392MW，实际供热面积736万廿；本工程实施后，可扩 大电厂供热能力到584MW，利用余热扩大的供热能力144MW。一期机组供热面积 可达1062万廿，供热面积增加326万廿，其中利用余热增加供热面积262万廿。（以上的计算、论证过程？）1.3.5本工程全部完成后，具有良好的经济效益：序名称经济效益指标号年供热总量581 万 GJ2年回收余热量189 万 GJ3可增加供热面积26

10、2万廿4年余热供热收益（热价按17兀/GJ计算）3213万元（影响多少电？）1.3.4本工程全部完成后，具有良好的环境效益:序名称（是按增加的供热面积和供热能力584MW计算吗？）环境效益指标号年节约标煤量6.2万吨2年减少排放二氧化碳量15.9万吨3年减少排放烟尘量923吨4年减少排放二氧化硫量1231 吨5年减少排放灰渣量1.6万吨6折合种植树木869万棵7年节省补水38.6万吨说明：1)节煤量按标准煤热值29.307GJ/吨，锅炉效率91%计算;2) 1吨标准煤燃烧，排放CO2：2.6t、SO2 : 20kg、烟尘：15kg、灰渣：260kg；3) 1棵树每年可吸收二氧化碳约18.3kg

11、。二、方案设计2.1设计原则严格按照国家、部委以及热电行业有关标准、规范和规程，根据国家热电联 产的有关精神，包头希铝的发展规划和节能战略部署，在确保自备电厂安全正常 运行的情况下，尽可能地利用电厂余热，达到经济效益、社会效益和环境效益并 举的目的。坚持科学的态度，吸收国内外先进经验，采用经济合理、安全可靠的新技术、 新工艺、新设备，确保电厂的安全可靠运行。2.2设计依据国家发展改革委员会有关产业政策、节能政策和法规；电厂提供有关本项目的基础数据和技术资料；中华人民共和国能源法；城市热力网设计规范CJJ34-2002；城镇直埋供热管道工程技术规程CJJ/T81-98；采暖通风与空汽调节设计规范

12、GB50019-2003；公共建筑节能设计标准（DBJ04-241-2006）；民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）（JGJ26-95）；火力发电厂总图运输设计技术规程DL/T5032-2005火力发电厂与变电站设计防火规范GB50229-2006漠化锂吸收式冷（温）水机组安全要求GB 18361-2001蒸汽和热水型漠化锂吸收式冷水机组GB/T 18431-2001管壳式换热器GB151-1999钢制压力容器GB150-1998固定式压力容器安全技术监察规程TSG R0004-20092.3工程方案本次设计采用蒸汽驱动型漠化锂吸收式热泵机组，以包头希铝自备电厂4 台155MW汽轮机提供的

13、部分采暖蒸汽作为驱动热源（0.88MPa蒸汽减温减压后的 0.4MPa蒸汽），回收利用其中两台机组的循环冷却水余热（回收余热量对应乏汽 约212t/h,数据怎么来的？ |）,将供热一次管网循环水的9290t/h回水从55提 升至85C（是热泵系统新建换热器吗？），再通过原热网首站加热器（是尖加 吗？）将热网水进一步加热到98C与另一路管网循环水2400 t/h回水通过原热 网首站加热器（0.12MPa蒸汽）从55C提升至98C合并提供给市政供热。（这里 描述不清？）系统原理图见附图一（此方案需要论述工艺系统、计算回收热量、加热的水量、热泵系统新建 的加热器以及与原来供热首战的阶梯加热关系。）评

14、审什么？就是必须高清工艺 系统，工艺系统的可靠性，论证数据科学性，对原来系统和发电能力的影响情 况等。增加的供热面积？ 2400吨/h，管网如何走？市政确定方向。2.3.1设计基础参数根据电厂提供的资料，电厂相关参数如下：采暖抽汽参数1：压力0.12MPa，温度122C采暖抽汽参数2：压力0.88MPa，温度260C额定采暖抽汽总量：650t/h，（前面的800万平方供热面积咋来的？）采暖期冷却水（循环水）供回水温度平均值：18/25 C（汽机冬季平均背压4.0KPa）冷却水供回水温度本案设计值：28/35C（对应汽机背压7KPa），对发电影 响有多大？额定抽汽工况下汽机排汽量：150t/h

15、（单台机组）循环冷却水流量：12346t/h供热基本设计参数如下：采暖天数：182天本工程综合热负荷指标取55W/m?原供热一次网供回水设计温度：130/70C但根据电厂运行经验数据，实际供热工况下，采暖期最冷月一次网回水温度 为55C左右，供水不超过100C,综合考虑供热效果及管网的输送能力，本方案 热网供回水温度按98/55C计算。2.3.2改造后供热能力分析热泵机组额定工况运行参数热泵机组总供热量：热水进出水温度：324MW55C/85C一次网热水流量：11690m3/h（其中进热泵 9290m3/h）驱动蒸汽压力：0.4MPa.a驱动蒸汽温度：151C驱动蒸汽焓值：2754.24kJ/

16、kg热泵疏水温度：80 C热泵疏水焓值：335.19kJ/kg热泵蒸汽用量：269t/h （减温减压后，增加了减温水。）循环水温度：35C/28C:（怎么可能呢？这样计算我机组还发电不？）循环水流量：17690t/h回收循环水余热量：144MW二次尖峰加热器额定工况运行参数尖峰加热器供热量：140MW尖峰加热器进出水温度：85C/98C （新建的尖峰吗？数据对吗？）尖峰加热器热水流量：9290m3/h尖峰加热器蒸汽压力：0.12MPa.a进热加热器蒸汽温度：122 C进热加热器蒸汽焓值：2718.44 kJ/kg尖峰加热器疏水温度：90 C尖峰加热器疏水焓值：376.98kJ/kg尖峰热网加热

17、器蒸汽用量：216t/h热网加热器额定工况运行参数热网加热器供热量：120MW热网加热器进出水温度：55C/98C热网加热器热水流量：2400m3/h进热网加热器蒸汽压力：0.12MPa.a进热网加热器蒸汽温度：122C进热网加热器蒸汽焓值：2718.44 kJ/kg热网加热器疏水温度：90 C加热器疏水焓值：376.98kJ/kg热网加热器蒸汽用量：184.5t/h供热能力分析本项目选用4台套85MW漠化锂吸收热泵机组，回收汽轮机凝汽器循环冷却 水余热功率14 MW，新增建筑面积供热负荷指标按55W/m2计算，回收的余热可以 满足约262万廿建筑的供热需求。项目全部完成后，电厂一期机组的总供

18、热能力 为584MW,总供热面积可达约1062万廿。2.3.3机房设计本方案增加了热泵机组等相关设备，需要在厂内建设热泵机房，机房占地面 积约为1200就，位置暂定原一期热网首站南侧空地。2.3.4配电设计序号名称数量(台)单台功率 (KW)运行功率 (KW)备注1吸收式热泵机组4803202热网循环水泵29009003疏水水泵25050一用一备4其他辅助设施50505合计1320 KW注：热网水泵及冷却水泵是否满足改造后使用要求，需根据具体参数进行校核， 因此配电设计需进一步调整。（热泵系统实际需要提供的总电功率？）2.3.5自控设计本系统拟在供热首站建立自动化监控系统。保证系统的安全可靠，

19、自控系统 运行时根据供热工艺要求对系统中各种水泵、变频装置、热泵机组以及系统运行 的相关管路温度、压力、流量、热量等进行动态实时监控。能够自动完成余热取 水系统、热泵系统、供暖系统等的自动控制，各处理阶段的参数采集、运行监控 等等工作，实现智能化全自动运行。并能根据需要把主要数据接入电厂集控室的 DCS系统。2.3.6消防设计本项目建于已建成的电厂厂区内，电厂在设计中已具有完整的消防灭火和消 防报警设施。根据相关消防设计规范和“以防为主、消防结合的设计原则，同时 电厂余热回收系统机房布置在循环冷却水泵房外，其相关建（构）筑物的布置间 距和消防通道设计均满足消防设计规范的要求。故本项目不需要增其

20、他消防设 施，只需按规范在相关建筑物内增设移动灭火器。2.3.7对原供热管网的影响分析余热回收改造后，热网水流量为11690m3/h，电厂一期供热主干管管径为 DN1200，完全可以满足余热回收改造后管网热量输送需求。（不单独设计供热管 网？）一期供热首站热网循环泵额定扬程为96m，目前实际运行管网阻力约70m， 余热回收改造后，由于流量增加，沿程阻力增加，且增加热泵压损约10m，需根据供热管网图进行详算，校核是否需要增设加压泵或更换原有热网循环水泵。（这些可在初设时进行核算，并给出明确的结论。2.3.8热源水系统工艺措施本方案拟回收一台汽机凝汽器循环冷却水余热，需从原循环冷却水管道上引 出支

21、管，将冷却水引至热泵机房。原冷却水管道及引出支管上均需加设调节阀， 具体改造工艺及控制措施需根据实际参数及现场情况确定。2.3.9经济效益分析供热收益分析本方案热泵额定运行工况下可回收循环水余热144MW，包头市冬季采暖供热 时间为182天，热泵制热作为基础负荷，故项目完成后，热泵每年可以回收循环 水余热量189万GJ按电厂现行供热收费价格17元/GJ计算，本项目回收冷却水余热后，每年 增加的供热收益为189X17=3213万元。提高背压对电厂的影响分析为提高热泵效率，进而尽可能提高电厂的综合能源利用效率，实现效益最大 化，本方案建议提高两台汽轮机凝汽器出口冷却水温度至35r，汽机背压需由 相

22、对目前冬季平均背压4KPa相应提高至7KPa。按电厂经验值，汽机背压每提高 1KPa，电厂发电煤耗增加2.3g/kwh，则采暖期凝汽器平均背压提高导致该台机 组煤耗增加量约为6.9g/kwh （影响发电多少啊!）根据汽轮机热力平衡图，额定抽汽工况下，汽轮机发电负荷为140MW，设整 个采暖季平均发电负荷为140MW,则整个采暖期电厂煤耗增加：140MWX6.9g/kwh X182dX24hX2=0.84万吨/年，标煤价格按460元/吨计算，则每个采暖期由于 背压提高造成的燃煤费用增加为386.4万元。采暖抽汽压力提高对电厂的影响分析根据电厂运行经验，汽轮机三段抽汽量在240t/h （单机60t

23、/h）以下时，不 影响发电功率。驱动热泵设备需三段抽汽量约190t/h （具体需由设备厂家进行 选型计算确定），故不影响电厂的发电量。相反，进行余热回收改造后，由于余 热作为基础负荷，在初寒末寒期，采暖抽汽量相比原来将会减少，从而增加发电 量（以上论述没考虑我公司原设计生物、包化生产三段用汽，如果考虑则直接 影响发电了！因而结论偏差较大。）热泵房用电分析热泵房一个采暖期设备运行耗电量1320KWX24hX 182=576万KWh，用电价 格按0.42元/度计算，则每个采暖期由于热泵房新增耗电费用为241.9万元。节水量分析根据汽机抽汽改造热力系统平衡图双抽汽工况的数据，额定供热工况下，凝 汽器

24、乏汽冷凝量约为251t/h （单机），循环冷却水流量约为18603t/h，对应循环 冷却水进出凝汽器温升约7C。本项目采用吸收式热泵回收利用循环冷却水余 热，经热泵提热降温的冷却水无需再上塔冷却，上塔水量减少，冷却塔蒸发、漂 水损失将相应减少，从而减少系统补水量。本项目可回收余热对应循环冷却水量为17690t/h （折合乏汽量约238t/h）。补水率按1.5%计算，故每个采暖期共可节省冷却塔补水约17690t/hX 1.5% X24hX182d=116万吨/年，生水价格按3元/吨计算，则每个采暖期由于节省冷 却塔补水减少费用为348万元。项目投资分析估算项目总投资约22000万元。项目经济效益

25、分析项目余热供热收益约3213万元/年。3213-284-242+338 （?）-运营费用-财务费用预计投资回收期在10年左右2.3.10改造后电厂煤耗变化情况分析根据前述分析，项目年回收余热量为189万GJ，按标准煤热值29.307GJ/ 吨，锅炉效率91%计算，则折合节约标准煤18929.3070.91=7.08万吨/年。考虑因机组背压提高增加的煤耗为0.84万吨，则实施余热回收改造后，电 厂每年实际节约标准煤总量约为：7.08-0.84=6.24万吨。根据电厂热力平衡图，采暖期额定抽汽工况下，汽轮机发电负荷为140MW，则实行余热回收改造后，机组的采暖期发电煤耗将降低：节煤量；发电量=6

26、.24X104t（140MWX4X24hX182d） =25.5g/kwh2.3.11环境效益分析根据以上计算，本项目实施后每年可以实现节能6.24万吨标准煤，年减排 二氧化碳15.9万吨，年减排二氧化硫1231吨，年减排氮氧化物407吨，年减排 烟尘923吨，年减排灰渣1.6万吨。2.4总结建议1）本项目采用吸收式热泵回收电厂冷凝余热，提高能源利用效率，增加电 厂集中供热能力，节能减排的同时可解决民生问题，项目符合国家鼓励政策。通 过以上分析可知，希铝自备电厂冷凝余热回收集中供热工程技术可行，经济效益 可观，环境和社会效益显著，建议尽快实施。2）若电厂二期2X350MW机组也进行余热回收改造

27、，可回收余热约195MW， 增加供热面积约355万廿，年回收余热量194万GJ，折合节约标煤7.3万吨， 减排二氧化碳18.9万吨，同时节约冷却塔补水约52.4万吨/年。建议下一步组 织对二期余热回收改造项目进行可行性研究。3）本项目具有较好的节能减排效果、较好的环境效益，并采用合同能源管 理模式，可争取国家相关政策支持，申请一次性节能奖励及税收优惠政策，并且 可通过清洁能源发展机制（CDM）销售减排量。设计院:郭主任，王总，张总缓解供热不足及环保压力市政府分管的领导丛总，市供热公司也给予大力支持.从南出口，走华电河西管路，补充阿东热源的不足.市政府关注,相关单位配合，三方得益的项目有问题,市

28、里协调解决，希望早日开花结果；也希望2x350,铝厂烟气余热利用提 上议程；市热力总公司丘总:接受单位，特许经营权，往南北那个区域送，关系城市规划问 题；向北:一期600万;二期;460万;现有机组能力可以挖.阿东具有尖峰供热补充作 用和事故备用热力。向南:华电800万，1.2米出现，滨河新区120万；向北至阿东热源，1.2 米,16公里， 近700万；因此，希铝冷凝水技改后向南出线比较合理，通过现有的华电管网，华电泵扬城 90米，增加2000吨循环水量，水泵扬城超过100米。存在问题，管线超压，需 要另外核算。彭总：我们是包头市最稳定的负荷、品质最好的负荷。能耗低、环保好，生存空 间，竞争力强。集团长期理念，低碳、环保、节能、循环利用，从不同技术路线。 重头戏在于设计院、电厂的方案、数据、工艺、管线，技术与服务，优化方案， 稳、准、快。