淺析火電廠循環水余熱利用改造

雷明洋 王躍輝

摘 要：文章重點分析了火力發電廠循環水余熱回收項目，對火力發電企業在降低供電標煤耗方面的重大影響，闡述了目前火力發電廠循環水余熱充分利用的方式，重點闡明了火力發電廠的循環水低溫余熱使用的現有技術和技改方式，并對各種改造方法的優缺點進行了分析。

關鍵詞：余熱回收;熱泵;低真空;余熱利用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.18.143

十三五以來，隨著社會的進步和城市的發展，國家相關部門逐步提高了企業在能源綜合使用、環境保護、節約使用資源和能源等方面的要求。國家環境保護部、國家發改委和國家能源局特別制定了《煤電節能減排升級與改造行動計劃（2014～2020年）》，文件提出到2020年，所有現役燃煤發電機組在通過改造后平均供電煤耗必須低至310g/kwh以下，對沒有達到的機組將進行關停。隨著國家文件的出臺，面對火電廠大量的循環水低溫余熱浪費，各個火電企業結合熱電廠實際，進行機組循環水余熱回收，實現了有效降低供電煤耗，在促進企業可持續健康發展的同時，滿足了火力發電廠的自身生存需求，循環水低溫余熱的綜合利用成為了一條捷徑。大量的資料顯示，火力發電廠中有45%左右的熱量被循環水帶走排入大氣中，導致目前的火電機組效率普遍在40%左右，假如可以通過現有的科學技術手段把循環水的低溫余熱，轉化后利用到城市供暖和企業生產過程中，不但可以大幅的提高我國電廠現有的供熱能力，也能使我國的火電機組綜合效率大幅度提高。但由于循環水在冬季供熱期間水溫會比較低，在非供暖期的夏季循環水溫度卻又比較高等方面的因素，導致火力發電廠在利用循環水余熱方面常常會遇到一些難題，這些都需要我們想盡一切辦法適度提高循環水的溫度。結合現有的在循環水余熱利用改造方面的技術，我們可以把電廠的循環水當做一種低溫熱源進行回收并加以利用，改善我們的居民生活環境和降低用汽企業的生產成本。但各種改造方案各有優缺點，需要我們根據本廠的實際進行選擇。

1 電動熱泵技術

把電廠循環水或汽輪機低壓缸排出的乏汽看做作為低溫熱源，通過使用電能驅動的熱泵技術，回收汽輪機低壓缸做功后排出乏汽的余熱，加熱城市供熱熱網的回水。此種模式其實可等效于熱電聯產抽汽加熱方式，定義能源利用效率COPe=輸出供熱量/用電量（或少發電量），電動熱泵COPe=4，通常汽輪機低壓缸部分發電效率約為15%，則熱電聯產COPe=6.7。顯然，用電力驅動熱泵提升凝汽余熱的供熱方式，需要經過兩次汽輪機和熱泵兩次轉換，其能效要低于常規的熱電聯產，在經濟上和能源利用率上都是不合理的。

2 吸收式（熱驅動）熱泵技術

在火電廠中改造安裝蒸汽驅動的熱泵，以電廠改造前原有的供暖抽汽或其它段抽汽驅動熱泵工作，吸收汽輪機低壓缸排出的乏汽熱量或循環水熱量，用于加熱熱網回水。吸收式熱泵利用蘊含在機組抽汽中的做功能力，不額外消耗高品位能，若能實現全部乏汽余熱回收，則可實現較高的系統能效。

3 機組高背壓回收余熱技術

提高機組背壓，進而提高相應乏汽飽和溫度，將熱網水引入凝汽器與乏汽直接換熱，實現乏汽余熱回收。在實際中，因為大型濕冷機組的汽輪機末級葉片都比較長，在機組的真空降低以后運行會對汽輪機組末級葉片的安全造成影響。通常采用以下兩種改造方式：

（1）通過系統優化設計，在保證機組能夠安全運行的真空區間內，根據實際情況適度的降低汽機真空運行，該方式需要對機組“高背壓、小容積流量”工況的安全性進行評估，當馬赫數大于0.23時，機組滿足末級運行安全條件，可進行高背壓改造。

（2）低壓缸“雙轉子互換”技術：在采暖季更換葉片級數較少的短轉子，保證供熱工況下的機組末級安全;在非采暖季更換原配備轉子，保證機組發電效率，通過多廠的改造經驗表明，汽輪機在進行高背壓改造時，機組背壓維持在55kPa以內比較合適。

4 低壓缸光軸或零出力改造技術

（1）汽輪機低壓轉子去葉片技術：這種技術俗稱“低壓轉子光軸技術”，就是在冬季供暖期到來的前期，把汽輪機的低壓轉子更換為一根沒有葉片的光軸轉子，機組在實際運行期間，將中壓缸至低壓缸的蒸汽閥門全部關閉，中壓缸排汽不再進入低壓缸做功，而全部引入城市熱網換熱器，變為背壓機運行方式，采用這種改造方式時現有的城市熱網循環水系統不用做較大的改造，汽輪機的低壓缸用一根光軸轉子與中壓轉子和發電機轉子連接，低壓缸不做功僅傳遞扭矩。在供暖期結束后，再將低壓光軸轉子更換為帶葉片的低壓轉子，恢復到汽輪機的原有運行工況。這種改造的方式可以全部回收低壓缸排出乏汽的熱量，但是由于低壓缸用光軸運行期間，低壓缸內沒有蒸汽流動，無法將鼓風摩擦產生的熱量帶走，所以運行中需要專門通入一股蒸汽對低壓轉子和低壓缸進行冷卻，保證汽輪機組運行安全。一般的改造方式是在將中壓缸的某段抽汽抽取一部分通過減溫減壓后進入汽輪機低壓缸。這種改造方式的優點機組可以最大限度的提高對外供熱量，在供熱期結束后不影響機組的發電。缺點是供熱期來臨前和結束后必須停機更換低壓轉子。

（2）汽輪機低壓缸零出力改造：在原有的中壓缸至低壓缸的蒸汽管道上，安裝可以全關的蒸汽蝶閥，同時蝶閥旁邊安裝一個小蒸汽旁路，當冬季供熱時全關蒸汽蝶閥，只有少量的蒸汽通過蒸汽旁路進入低壓缸，用于帶走鼓風摩擦產生的熱量。這種改造技術的優點是：供暖期前后不用停機更換低壓轉子，同時改造也比較簡單，投較少。缺點是提高的對外供熱能力沒有低壓缸光軸改造提高的多。

5 結束語

對于現代的大容量、高參數機組，不能適應低真空運行，但面對當前的國家政策，降低機組的供電標煤耗又迫在眉睫，怎樣合理有效的利用熱能蘊含量巨大的電廠循環水熱量，是每個火電企業都必須考慮的問題，如果能夠把循環水熱量回收后用于城市供熱和工業用熱，勢必將會大幅度的降低機組供電標煤耗，對減少原煤使用和保護環境都是有益的，但企業在進行改造時又要根據企業自身實際情況，靈活的選擇某種方式或多種方式相結合的改造方案，才能使改造產出比最大，為企業帶來豐厚的經濟回報。

參考文獻：

[1]李青，公維平.火力發電廠節能和指標管理技術[M].中國電力出版社.

[2]郭繼平.利用電廠余熱的水環熱泵系統設計與研究[D].大連理工大學，2003.