火电厂循环水余热利用项目节能效益测算方法分析

周崇波，程雪山，任怀民

(1.华电电力科学研究院,杭州 310030；2.杭州华电能源工程有限公司,杭州 310030；3.华电能源股份有限公司佳木斯热电厂,黑龙江 佳木斯 154000)

0 引言

国家十二五能源规划强调,在节能增效等“减量”上下功夫，做好节约能源、提高能源效率两大事。火力发电厂为当前社会主要的能源消耗者和环境污染源，其输入燃料总热量的60% 以上能量通过锅炉排烟和凝汽器循环水散失到环境中[1]，同时带来环境污染。近年来，大型吸收式热泵机组回收和火电厂乏汽废热用于市政供热等节能改造项目方兴未艾。以某电厂300 MW机组为例，回收乏汽废热可增加电厂对外供热能力130.59 MW，相当于电厂每年可节约7.05万t标准煤，可减排相应的大气污染物和粉煤灰，具有良好的节能减排效益[2-3]。这类大型的节能改造项目往往是以当前兴起的合同能源管理模式进行运营管理，整个节能改造过程由节能服务公司统一完成，节能服务公司的投资回收和合理利润由产生的节能效益来支付[4]，因此节能效益的测算是合同能源管理运营管理的重要基础数据，事关合同双方的经济收益，然而有关这方面的节能效益测算方式鲜有报道，本文以火电厂循环水余热利用项目为研究对象，探索了两种节能效益测算方式，并对两种方式的学理一致性进行分析。

1 测算方法

1.1 直接测算方法

1.1.1 毛收入

以提取循环水的余热量作为节能效益毛收入是当前国内火电厂循环水余热利用项目最为常见的一种节能测算方法。年节能效益毛收入为一个采暖季热泵系统提取循环水余热量用于供热趸售或直供所产生的经济收入，即

J=GR，

(1)

式中：J为年节能收入，万元；G为年节能量，GJ；由经鉴定合格的热能累积仪表经过一个采暖季累计示数，其原理为循环水进出热泵系统温差与流量的积分值；R为趸售或直供热价，万元/GJ。

1.1.2 支出

火电厂循环水余热利用项目支出由投入热泵系统后全厂较投热泵系统前整个采暖季新增的厂用电费用、主机背压费用和运行检修费用组成。厂用电费用：热泵系统投入余热利用项目新增的各种水泵及热泵本体耗用的厂用电量，由经鉴定合格的电度表实时计量。主机背压费用：热泵系统余热水需要维持较高的进水温度，通过提高接带热泵系统主机的背压实现，由于真空度下降，原供热工况与热泵供热工况在同样锅炉蒸发量的条件下，势必降低机组负荷，或在同样的发电负荷下，势必增加煤耗，这就是主机背压提高所造成的成本。运行检修费用：按照相关定额约定取费。节能效益直接测算法主要参数见表1。

表1 节能效益直接测算法主要参数

1.1.3 节能效益

年节能效益应为节能毛收入减去各项成本，即

Y=J(1-t)-(C+B+F) ，

(2)

式中：Y为年节能收益，万元；t为供热趸售或直供税率，应考虑供热减税或免税政策，%；C为厂用电费用，万元；B为主机背压成本，万元；F为运行检修费用，万元。

1.2 全厂能量测算方式

1.2.1 毛收入

从全厂能源利用的角度出发，比较投入热泵系统前后循环水向外排出的热量，以此差值作为火电厂循环水余热利用项目的节能毛收入，即

J=(Q1-Q2)R，

(3)

式中：J为年节能收入，万元；Q1为未投入热泵系统前循环水排放的总热量，即凝汽器热负荷；Q2为投入热泵系统后循环水排放的总热量，即凝汽器热负荷与被热泵系统提取的循环水余热量的差值；R为趸售或直供热价，GJ。

1.2.2 支出

项目支出由投入热泵系统后全厂较投热泵系统前整个采暖季新增的厂用电费用和运行检修费用组成。厂用电费用：热泵系统投入后，各种水泵及热泵本体耗用的厂用电量，由经鉴定合格的电度表实时计量。运行检修费用：按照相关定额约定取费。节能效益全厂能量测算法主要参数见表2。

表2 节能效益全厂能量测算法主要参数

1.2.3 节能效益

年节能效益为节能收入减去各项成本，即

Y=J(1-t)-(C+F) ，

(4)

式中：Y为年节能收益，万元；t为供热趸售或直供税率，应考虑供热减税或免税政策，%；C为厂用电费用，万元；F为运行检修费用，万元。

这种测算方式不用考虑背压影响，但未投入热泵系统前凝汽器热负荷是完全未知的，随着外界供热面积的变化和多台主机之间运行调整等影响，其凝汽器热负荷变化较大，没有实际运行数据可供计算，但可通过经验值进行理论推算。

2 算法学理分析

通过以上2种节能效益测算方法的论述，2种算法的毛收益都可归结为提取循环水的余热总量用于供热所产生的经济效益，其主要不同之处在于成本构成，直接算法中把提高背压造成主机能耗增大作为主要成本之一；而全厂能量算法把投入热泵前、后主机排放热量差(即凝汽器热负荷差)作为主要成本之一，应该说明的是，这里是主机向外排放热量值，并非是包括热泵系统全厂循环水向江中排放的热量值，其他成本计算都是一致的。

以下通过能量守恒定理对2种算法在学理上的一致性进行分析说明。

根据燃煤机组供热电厂的能量分布，燃煤热量通过锅炉系统加热给水至高压高温蒸汽进入汽轮机组，这些能量一部分用于发电，一部分用于供热，而剩余部分通过凝汽器经由循环水排放到外界散失。

投入热泵前，全厂能量分布示意如图1所示。

图1 投入热泵系统前全厂能量分布示意

图1中：Q为燃煤输入的总热量；Q1为发电负荷；Q2为供热负荷；Q3为全厂系统向外散失的热量。根据能量守恒定理

Q=Q1+Q2+Q3。

(5)

投入热泵系统后，全厂(包括热泵机组)能量分布示意如图2所示。

图2 投入热泵系统后全厂能量分布示意

在图2中：ΔQ1为由于投入热泵系统后背压影响主机负荷；Qy为热泵系统提取的余热量进入热网的能量；Q3′为全厂系统(包括热泵机组)向外散失的热量。根据能量守恒定理

Q=(Q1-ΔQ1)+(Q2+Qy+Q3′) 。

(6)

投入热泵系统前后，全厂燃煤输入热量一致，根据式(5)、式(6)可以得到

Q3′=Q3-Qy+ΔQ1。

(7)

由此，投入热泵系统前后全厂(包括热泵机组)向外散失的热量差值为

ΔQ=Q3-Q3′=Qy-ΔQ1。

(8)

由式(8)可以看出，投入热泵系统前后全厂对外散失的热量差值与热泵系统提取的循环水余热量与主机背压提高影响发电负荷能量差值是一致的，这说明了2种算法在计算方式上不同，但在学理上是统一的。

3 结论

火电厂循环水余热利用项目节能效益测算主要包括直接算法与全厂能量算法，2种算法的学理是一致的，具体计算方式不同。直接算法比较常见，其中主机背压所增加的成本计算由一个采暖季的历史运行数据作为技术支撑，可靠性强，较易计算。全厂能量算法需要比较投入热泵前后主机对外排放的热量差，即主机凝汽器的热负荷差，而不用考虑背压影响，直观上容易理解，不过，投入热泵前凝汽器的热负荷是未知的，且随着外界供热面积的变化及多台主机之间的运行调整等影响，其凝汽器热负荷变化较大，没有实际运行数据可供计算，合同双方可约定一个经验基数作为测算依据。

参考文献：

[1]郭小丹，胡三高，杨昆，等.热泵回收电厂循环水余热利用问题研究[J].现代电力，2010，27(2):58-61.

[2]张世钢，付林，李世一，等.赤峰市基于吸收式换热的热电联产集中供热师示范工程[J].暖通空调,2010,40(11): 71-75.

[3]周崇波，俞聪，郭栋，等.大型吸收式热泵应用于火电厂回收余热供热的试验研究[J].现代电力，2013，30(2):37-40.

[4]中国节能协会节能服务产业委员会.合同能源管理[M]. 北京:人民法院出版社，2012.

[5]李岩，付林，张世钢，等.电厂循环水余热利用技术综述[J].建筑科学，2010(10)：10-14.

[6]郭江龙，常澍平，郗孟杰，等.采用吸收式热泵回收循环水余热收益估算[J].热力发电，2012(11):6-8.