电厂循环水余热在供热系统中的利用

郝悦

中国市政工程华北设计研究总院有限公司 天津市 300000

摘要：现如今，我国是市场经济在快速发展，社会在不断进步，人们对于电力的需求在不断提高，火电厂的资源利用率不高，大量的余热通过烟气与循环水散失到环境中，其中循环水带走的热量占据了被浪费热量的绝大部分。而随着我国城镇化进程的不断推进，供暖所需热量也在逐步增加。回收电厂循环水的余热用于供热，是我国节能工作的重点之一。

关键词：电厂循环水；余热利用

引言

在传统电厂的生产过程中，高温高压的过热蒸汽在汽轮机中膨胀做功后变成乏汽，乏汽进入凝汽器中被循环水冷却，同时循环水吸收乏汽冷凝所释放的大量潜热，循环水进入冷却塔中进行自然通风冷却，其携带的大量低品位的余热通过对流传热进入大气中损失掉了。虽然这部分热能品位较低，不具备做功能力，但是如果这部分能量能用于对居民供暖，将会节约大量能源，减少SO2、CO2及粉尘排放，同时还会降低循环水的蒸发量。目前能源日趋紧张，节能减排在生产过程中意义重大，更加经济、环保的循环水余热利用技术的应用已经成为了电厂发展的新趋势。然而电厂循环水的余热并不能直接用于供暖，因为其温度较低，尚未达到能够直接供热的高品位，应先对其升温再加以利用。我国应用的电厂循环水低品位热能回收技术主要有汽轮机低真空工况运行方式和热泵吸收循环水低品位热能技术。低真空工况下运行时，凝汽式机组的发电量受到用户用热量的制约，热负荷增大时，为了保证供热，发电量会适当降低。热负荷较大、供热温度较高时，为了保证安全运行，汽轮机的结构参数需要进行调整校核，对于大型机组并不适用。热泵吸收循环水低品位热能技术的原理是利用热泵吸收循环水中的热量将其输送给居民区的热网。热泵回收循环水低品位热能技术不仅仅局限于中小型汽轮机组，大型汽轮机组同样适用。

1吸收式热泵简介

吸收式热泵通过吸收蒸汽、燃气、热水、高温烟气、燃油等高温热源的能源能量，提取冷却循环水、地热水、城市废水等低温热源热能的一种新型技术。它具有节能、安全、环保等好处，符合国家相关能源利用的方针政策，是国家大力推广的高新技术产业之一。针对电厂的具体条件，输入蒸汽，使热泵内发生器中的溴化锂溶液被加热产生水蒸汽，水蒸汽加热温水后冷凝成水，冷凝水进入蒸发器这个高真空环境，骤然蒸发降温，喷洒到铜管上，吸取铜管内的低温热源水热量，冷凝水吸热变成水蒸汽，被来自发生器的浓溶液吸收，并将热量传递给温水，使温水温度升高，供用户使用。变稀的溶液被泵到发生器，再次被加热，再次产生水蒸汽……如此循环不己。

2电厂循环水余热在供热系统中的利用

2.1汽轮机低真空运行供热技术

汽轮机低真空运行供热技术在理论上可以实现很高的能效，国内外都有很多成功的研究成果和运行经验，对其进行热力学分析，从经济性和分析;对低真空运行循环水供热改造进行实例说明，并从安全性和经济性进行分析;对低真空运行供热技术在炼油厂动力站的抽凝式汽轮机上的应用，主要用于加热炼油厂的伴热水和采暖水，效果较好。凝汽式汽轮机改造为低真空运行供热后，凝汽器成为热水供热系统的基本加热器，原来的循环冷却水变成了供暖热媒，在热网系统中进行闭式循环，有效地利用了汽轮机凝汽所释放的汽化潜热。当需要更高的供热温度时，则在加热器中进行二级加热，供热系统简图。尽管低压缸真空度提高后，在相同的进汽量下与纯凝工况相比，发电量减少了，并且汽轮机的相对内效率也有所降低，但因降低了热力循环中的冷源损失，系统总的热效率仍会有很大程度的提高。传统的低真空运行供热技术主要受以下几方面的限制:(1)低真空运行机组类似于背压式供热机组，其通过的新汽量决定于用户热负荷的大小，所以发电功率受用户热负荷的制约，不能分开独立的进行调节，即其运行是“以热定电”，因此只适用于用户热负荷比较稳定的供热系统;(2)汽轮机背压提高后，会影响汽轮机组的发电效率;(3)凝汽式汽轮机改造为低真空运行循环水供热时，对小型和少数中型机组在经过严格的变工况运行计算，对排汽缸结构、轴向推力的改变、末级叶轮的改造等方面做严格校核和一定改动后方可以实行，但对现代大型机组则是不允许的，尤其对于中间再热式大型汽轮机组，凝汽压力过高会使机组的末级出口蒸汽温度过高，且蒸汽的容积流量过小，从而引起机组的强烈振动，危及运行安全。

2.2利用电动机驱动热泵吸收低品位热能供热方式

1）集中式布置供热方式。集中式布置供热方式是指将热泵布置在电厂内的供热方式，小区内热力站无热泵装置。在电能的驱动下，热泵将热量从作为低温热源的循环水传递给作为高温热源的一次网回水，一次网回水通过电动机驱动热泵后温度从70℃左右升高到80～90℃。在汽—水换热器中，一次网热水被抽汽加热到130℃左右，然后送入热网对热用户供热。一次网热水直接供入原有的热网，因此不需要额外的管路建设，节省了大量成本。但是该供热方式存在供热温差小、一次网回水温度太高等缺点，因此大量高品质热能未被有效利用，导致电厂供热能效过低。2）分布式布置供热方式。分布式布置供热方式指的是将热泵布置在小区供热站，而电厂内无热泵装置。凝汽器出口25℃左右的循环水被直接输送到小区热力站内，电动机驱动热泵以循环水为低温热源，以二次网热水为高温热源进行热量的转移。循环水回水温度为10℃左右，供热温差太小仅为15℃左右，因此电动机驱动分布式布置供热方式供热半径会非常有限，一般在3～5km。另外还需要铺设电厂到小区用户站之间的循环水管路，将消耗大量成本和时间，因此该方式带来的经济效益不容乐观。

2.3自动控制化水平

整个循环水余热供热控制系统采用PLC实现。其监测覆盖范围包括汽侧五段抽汽及水侧热网供水和循环水系统及热泵。每台热泵均自带集成PLC对其自身进行控制，并将数据以通讯方式送入循环水余热供热系统PLC中实现对热泵的监测。参照热泵热力参数，对余热供热系统进行有效的监视、控制，使其达到高效可靠运行。

2.4热泵回收余热技术

与常规低温热源相比，电厂循环水具有水质好、污染少，温度稳定等特点。由于电厂循环水蕴含的热量相当大，利用热泵对电厂循环水进行回收利用，可以有效对城市供暖需求进行补充。根据驱动能源的不同，热泵分为吸收式和压缩式。目前，热泵技术在我国的应用已经较为广泛。基于热泵技术的电厂循环水余热利用方案有分布式电动热泵供热、集中式电动热泵供热和集中式吸收热泵供热三种。分布式电动热泵供热是将热泵分布于小区内的热力站中。电厂循环水经凝汽器出口进入热力站，在热泵机组中放热降温后，回到电厂凝汽器中并再次吸收汽轮机排出的热量，依此循环。热泵利用回收到的热量加热二次网热水，用于供暖或日常使用。这种方式虽然效率较高，但由于需要铺设专门的输水管道，基础建设成本不菲，故一般只适用于向电厂周边小区供热。

结语

电厂循环水蕴含巨大的热量，研究如何利用这些余热可以提高电厂的能源利用率，实现节能减排的目的。在利用水源热泵技术时应综合考虑输送距离、运行成本等因素合理选择方案；传统汽轮机低真空运行技术目前仍有较大的缺陷和技术瓶颈，NCB供热模式也仍处于理论阶段，有待进一步的研究。

参考文献

[1]彭汉明,杨敏林,蒋润花等.分布式能源系统中低温余热回收技术[J].节能,2011,(3):4-8．

[2]杨俊.电厂循环水余热回收供暖节能分析与改造技术[J].节能,2011,(1):33-36.