熱電廠循環水余熱利用和節能減排效益研究

李猛

摘要：電廠熱力系統的能源損失主要由于冷端損失過大，汽輪機在冬季額定供暖供熱情況下，損失可達燃料總發熱量的30%。本文基于熱泵技術，對熱電廠循環水余熱利用系統進行分析，在確定汽輪機、輔助機主要技術參數的基礎上，根據冬季實際供暖情況對循環水余熱利用方案進行合理設計，并對結果進行節能減排分析，以期提高熱電廠能源利用效率，緩解我國能源緊張的局面。

關鍵詞：熱電廠;循環水;余熱利用;節能減排

前言：近年來，熱泵技術廣泛應用在熱電廠循環水余熱利用系統的節能減排改造中，該技術主要是利用大型吸收式熱泵機組，回收循環冷卻水余熱，以此提高城市冬季供熱供暖量。在這一整套改造方案中，循環水余熱利用系統產生的節能減排效益可有效補償余熱回收成本，提升企業經濟效益的同時，促進我國能源利用率的提升。

1基于熱泵技術的熱電廠循環水余熱利用系統

基于熱泵技術的電廠供熱系統，主要是在傳統供熱系統基礎上，將熱泵接入系統中。這種供熱系統主要驅動力來源于采暖蒸汽母管，利用熱泵吸收器與冷凝器提取循環冷卻水的低位余熱，再利用熱網加熱器繼續加熱熱網回水流，大約提升130℃左右。以此滿足不同用戶的供熱需求?；跓岜眉夹g的供熱系統可具體分為循環冷卻水系統、熱網水循環系統、蒸汽系統以及蒸汽凝結水回收系統。其中，在循環冷卻水系統中，循環水的熱量會被熱泵組吸收，然后再進入冷卻塔底部，最終進入凝汽器;熱網回水會在熱網水循環系統中集熱器的作用下，提升溫度后再進入供熱管網，用戶調整設定參數會輸出相應的熱網供水溫度;蒸汽系統的主要設備是汽輪機，為吸收式熱泵機組提供驅動蒸汽，以此驅動整個循環水換熱過程;在蒸汽凝結水回收系統中，蒸汽放熱后形成的凝結水會被凝結水回收裝置回收，在加熱疏水箱的作用下進入到主機系統[1]。

2熱電廠循環水余熱利用設計方案

以某能源熱電分公司循環水余熱利用系統節能方案為例，該公司共有5臺汽輪機組，采暖抽汽中的中壓、低壓調整抽汽分別為0.981MPa與0.294MPa，為減少冷端損失，最終決定采用0.981MPa中壓調整抽汽，并對兩臺雙抽凝汽器循環水量進行設計，保證電廠的熱負荷，為用戶供熱、供暖需求提供有力保障。

2.1總體設計思路

一般情況下，吸收式熱泵以對環境無污染的溴化鋰溶液作為主要工作介質，充分利用各種余熱、廢熱回收技術，以此提高電力企業能源利用效率，降低能源消耗。主要工作原理是：驅動熱源為蒸汽或廢熱水，提升低溫熱源溫度，當溫度達到中溫或高溫時，便實現了能源利用率的提升。在熱電廠利用熱泵技術回收利用循環水余熱過程中，通常會將汽輪機抽氣作為制冷效應的驅動能源，將0.6-08MPa的供暖抽氣作為加熱循環水的驅動熱源，使得熱網循環水溫度提升50℃，循環冷卻水溫度降低23-25℃。然后，利用凝汽器實現循環水回收利用的目的。這種方案可有效提升熱電廠供熱量，降低能源消耗，提升電廠節能減排效果。

2.2汽輪機主要技術參數確定

該工廠改造方案中，分別對不同類型、功能的汽輪機進行參數調整，1號、2號均為單缸、中壓、沖動雙抽凝汽式汽輪機，兩臺主機的最高蒸汽壓力可達5.1MPa，最低為4.61MPa;蒸汽最高溫度可達445℃，最低為420℃。在實際運轉、正常工作中，蒸汽壓力與蒸汽溫度分別為4.9MPa、435℃。兩臺汽輪機在額定抽汽工況下，汽耗為7.69kg/kW.h，可將循環水升高150℃，改造設計方案中，凝汽器可將循環水降低20℃，為系統下一步驟工作奠定扎實的基礎。

2.3凝汽器參數確定

凝汽器在冬季與夏季的參數存在一定差異，當在夏季工況時，這時的吸收式熱泵機組的效率較高，冷卻水可回收的余熱量較多，使得余熱利用系統效率升高。該廠選用冷卻面積為1000平方米、循環水流量為3200-3600t/h的凝汽器，可將熱網循環水溫度下降20-30℃。在實際施工過程中，注意循環冷卻水水槽是否開裂結合當地氣候、氣溫特點，做好防腐蝕工作，采用節能環保材料來加強工廠隔音效果，實現熱電廠節能減排的改造目的[2]。

2.4冷卻水泵與凝結水泵參數確定

冷卻水泵與凝結水泵主要負責冷卻熱網循環水、凝結蒸汽。凝結水泵主要是抽出系統熱井中的凝結水，并對其進行加壓處理，在低壓加熱器的作用下，不斷被送入到除氧器中，對工作環境真空度有著較高要求，具有流量大、揚程高的特點，若系統出現漏氣，會嚴重影響凝結水、低壓加熱器、凝結水管道的增長使用。冷卻水泵負責向凝汽器輸入循環水，確保將汽輪機排出的蒸汽轉換為凝結水。該工廠采用揚程為16米、轉速為970r/min、效率為80%的循環水泵，采用揚程為52米、轉速為2950r/min、效率為61%的凝結水泵，以此提升循環水余熱利用效率，為整個系統提供有力保障。

2.5熱網水泵參數確定

2.5.1循環水泵

該廠共有7臺熱網循環泵，其中五臺為型號一樣，流量參數為1200m3/h、揚程為65m、轉速為1450r/min，另外兩臺型號一致，流量參數為、揚程為、轉速為分別為1650m3/h、76m、1480r/min。

2.5.2疏水泵

熱網疏水泵根據用途不同，其介質存在較大差異，流量、揚程、結構形式、材料也存在很大不同。在熱電廠循環水余熱利用系統中，熱網疏水泵主要負責把疏水箱中的水重新輸入到除氧器中，以供系統循環再利用，在很大程度上提高水資源利用效率。疏水箱與蒸汽管道中的水質也存在一定差異，分別是軟水與疏水，在除氧器的作用下，促使水中氣泡較快地排出來，以此實現循環再利用的目的。

2.5.3加熱器

加熱器指循環水余熱利用系統的重要組成部分，該廠主要選用兩種不同類型的加熱器，換熱面積、殼程設計溫度分別為300m2、180℃與563m2、220℃，以滿足不同方案需求[3]。

2.5.4補水泵

補水泵主要負責將帶有一定溫度的水送入到除氧器中，以滿足鍋爐用水需求，降低熱電廠的生產運營成本。該廠選用兩種不同熱網補水泵，流量、揚程、電機功率分別為32t/h、100m、15kW與50t/h、50m、15kW。

2.6節能減排分析

2.6.1余熱量分析

綜合以上汽輪機主要技術參數與熱網水泵參數，對額定汽流量、額定中壓調整抽汽流量、最小排汽量進行計算，以此得出最優循環水余熱利用節能減排方案，保證熱電廠能夠滿足冬季、夏季施工供暖工程的需求，推動熱電廠可持續發展進程。此外，從全廠能源利用角度出發，比較傳統循環水余熱利用系統與基于熱泵技術的循環水余熱利用系統，對節能毛收入、支出成本計算，再對供熱面積、凝汽器熱負荷進行計算，確保方案更加科學合理。

2.6.2減排效果分析

熱電廠循環水余熱利用方案節能減排效果分析，主要是計算供熱期熱泵運行期間，回收熱量中二氧化碳、二氧化硫、氫氮化物、煙塵等物質的含量，以此為分析熱電廠經濟效益與社會效益奠定扎實的數據基礎。該廠通過使用先進的循環水余熱利用系統，與常規運行方案相比，在很大程度上降低了耗煤量、煙塵排放量，降低熱電廠排放煙氣對大氣環境的污染程度，有效改善了城市空氣質量。同時，對供水總管口的水質樣品進行測試，根據循環冷卻水水質的在線監測，可控制加藥量，確保循環水水質在一定范圍內波動，使發電廠獲得更加良好的設備形象，有利于電力企業實現長遠發展目標。

結論：綜上所述，熱電廠應在利用原有傳統循環水余熱利用，充分結合自身在冬季的實際供熱情況，不斷引進先進的技術設備，以此實現節能減排的目標。熱電廠專業技術人員需要整合循環水余熱利用系統運行資料，為余熱利用系統中各項設備參數的確定提供更加合理的依據，以此降低企業成本，提高熱電廠的經濟效益與社會效益，推動熱電廠可持續發展進程。

參考文獻：

[1]賈丕建，孫立梅，邢學榮，等.熱電廠循環水余熱利用和節能減排效益分析[J].能源研究與利用，2020（02）：46-50.

[2]王春昌，馬劍民，張宇博，等.1000 MW機組鍋爐空氣預熱器旁路余熱利用系統節能效果分析[J].熱力發電，2019，48（11）：56-61.

[3]王軍.吸收式熱泵在燃氣熱電廠余熱回收中的應用[J].節能與環保，2018（05）：66-67.