熱電廠循環(huán)水余熱利用和節(jié)能減排效益研究

李猛

摘要：電廠熱力系統(tǒng)的能源損失主要由于冷端損失過大，汽輪機(jī)在冬季額定供暖供熱情況下，損失可達(dá)燃料總發(fā)熱量的30%。本文基于熱泵技術(shù)，對熱電廠循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)進(jìn)行分析，在確定汽輪機(jī)、輔助機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)冬季實際供暖情況對循環(huán)水余熱利用方案進(jìn)行合理設(shè)計，并對結(jié)果進(jìn)行節(jié)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(guān)鍵詞：熱電廠;循環(huán)水;余熱利用;節(jié)能減排

前言：近年來，熱泵技術(shù)廣泛應(yīng)用在熱電廠循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)的節(jié)能減排改造中，該技術(shù)主要是利用大型吸收式熱泵機(jī)組，回收循環(huán)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(huán)水余熱利用系統(tǒng)產(chǎn)生的節(jié)能減排效益可有效補償余熱回收成本，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時，促進(jìn)我國能源利用率的提升。

1基于熱泵技術(shù)的熱電廠循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)

基于熱泵技術(shù)的電廠供熱系統(tǒng)，主要是在傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將熱泵接入系統(tǒng)中。這種供熱系統(tǒng)主要驅(qū)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(huán)冷卻水的低位余熱，再利用熱網(wǎng)加熱器繼續(xù)加熱熱網(wǎng)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(shù)的供熱系統(tǒng)可具體分為循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、熱網(wǎng)水循環(huán)系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)以及蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)。其中，在循環(huán)冷卻水系統(tǒng)中，循環(huán)水的熱量會被熱泵組吸收，然后再進(jìn)入冷卻塔底部，最終進(jìn)入凝汽器;熱網(wǎng)回水會在熱網(wǎng)水循環(huán)系統(tǒng)中集熱器的作用下，提升溫度后再進(jìn)入供熱管網(wǎng)，用戶調(diào)整設(shè)定參數(shù)會輸出相應(yīng)的熱網(wǎng)供水溫度;蒸汽系統(tǒng)的主要設(shè)備是汽輪機(jī)，為吸收式熱泵機(jī)組提供驅(qū)動蒸汽，以此驅(qū)動整個循環(huán)水換熱過程;在蒸汽凝結(jié)水回收系統(tǒng)中，蒸汽放熱后形成的凝結(jié)水會被凝結(jié)水回收裝置回收，在加熱疏水箱的作用下進(jìn)入到主機(jī)系統(tǒng)[1]。

2熱電廠循環(huán)水余熱利用設(shè)計方案

以某能源熱電分公司循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)節(jié)能方案為例，該公司共有5臺汽輪機(jī)組，采暖抽汽中的中壓、低壓調(diào)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(diào)整抽汽，并對兩臺雙抽凝汽器循環(huán)水量進(jìn)行設(shè)計，保證電廠的熱負(fù)荷，為用戶供熱、供暖需求提供有力保障。

2.1總體設(shè)計思路

一般情況下，吸收式熱泵以對環(huán)境無污染的溴化鋰溶液作為主要工作介質(zhì)，充分利用各種余熱、廢熱回收技術(shù)，以此提高電力企業(yè)能源利用效率，降低能源消耗。主要工作原理是：驅(qū)動熱源為蒸汽或廢熱水，提升低溫?zé)嵩礈囟?，?dāng)溫度達(dá)到中溫或高溫時，便實現(xiàn)了能源利用率的提升。在熱電廠利用熱泵技術(shù)回收利用循環(huán)水余熱過程中，通常會將汽輪機(jī)抽氣作為制冷效應(yīng)的驅(qū)動能源，將0.6-08MPa的供暖抽氣作為加熱循環(huán)水的驅(qū)動熱源，使得熱網(wǎng)循環(huán)水溫度提升50℃，循環(huán)冷卻水溫度降低23-25℃。然后，利用凝汽器實現(xiàn)循環(huán)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(jié)能減排效果。

2.2汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)確定

該工廠改造方案中，分別對不同類型、功能的汽輪機(jī)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，1號、2號均為單缸、中壓、沖動雙抽凝汽式汽輪機(jī)，兩臺主機(jī)的最高蒸汽壓力可達(dá)5.1MPa，最低為4.61MPa;蒸汽最高溫度可達(dá)445℃，最低為420℃。在實際運轉(zhuǎn)、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(jī)在額定抽汽工況下，汽耗為7.69kg/kW.h，可將循環(huán)水升高150℃，改造設(shè)計方案中，凝汽器可將循環(huán)水降低20℃，為系統(tǒng)下一步驟工作奠定扎實的基礎(chǔ)。

2.3凝汽器參數(shù)確定

凝汽器在冬季與夏季的參數(shù)存在一定差異，當(dāng)在夏季工況時，這時的吸收式熱泵機(jī)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(tǒng)效率升高。該廠選用冷卻面積為1000平方米、循環(huán)水流量為3200-3600t/h的凝汽器，可將熱網(wǎng)循環(huán)水溫度下降20-30℃。在實際施工過程中，注意循環(huán)冷卻水水槽是否開裂結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颉鉁靥攸c，做好防腐蝕工作，采用節(jié)能環(huán)保材料來加強工廠隔音效果，實現(xiàn)熱電廠節(jié)能減排的改造目的[2]。

2.4冷卻水泵與凝結(jié)水泵參數(shù)確定

冷卻水泵與凝結(jié)水泵主要負(fù)責(zé)冷卻熱網(wǎng)循環(huán)水、凝結(jié)蒸汽。凝結(jié)水泵主要是抽出系統(tǒng)熱井中的凝結(jié)水，并對其進(jìn)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(huán)境真空度有著較高要求，具有流量大、揚程高的特點，若系統(tǒng)出現(xiàn)漏氣，會嚴(yán)重影響凝結(jié)水、低壓加熱器、凝結(jié)水管道的增長使用。冷卻水泵負(fù)責(zé)向凝汽器輸入循環(huán)水，確保將汽輪機(jī)排出的蒸汽轉(zhuǎn)換為凝結(jié)水。該工廠采用揚程為16米、轉(zhuǎn)速為970r/min、效率為80%的循環(huán)水泵，采用揚程為52米、轉(zhuǎn)速為2950r/min、效率為61%的凝結(jié)水泵，以此提升循環(huán)水余熱利用效率，為整個系統(tǒng)提供有力保障。

2.5熱網(wǎng)水泵參數(shù)確定

2.5.1循環(huán)水泵

該廠共有7臺熱網(wǎng)循環(huán)泵，其中五臺為型號一樣，流量參數(shù)為1200m3/h、揚程為65m、轉(zhuǎn)速為1450r/min，另外兩臺型號一致，流量參數(shù)為、揚程為、轉(zhuǎn)速為分別為1650m3/h、76m、1480r/min。

2.5.2疏水泵

熱網(wǎng)疏水泵根據(jù)用途不同，其介質(zhì)存在較大差異，流量、揚程、結(jié)構(gòu)形式、材料也存在很大不同。在熱電廠循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)中，熱網(wǎng)疏水泵主要負(fù)責(zé)把疏水箱中的水重新輸入到除氧器中，以供系統(tǒng)循環(huán)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(zhì)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(xiàn)循環(huán)再利用的目的。

2.5.3加熱器

加熱器指循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)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(shè)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(fù)責(zé)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(chǎn)運營成本。該廠選用兩種不同熱網(wǎng)補水泵，流量、揚程、電機(jī)功率分別為32t/h、100m、15kW與50t/h、50m、15kW。

2.6節(jié)能減排分析

2.6.1余熱量分析

綜合以上汽輪機(jī)主要技術(shù)參數(shù)與熱網(wǎng)水泵參數(shù)，對額定汽流量、額定中壓調(diào)整抽汽流量、最小排汽量進(jìn)行計算，以此得出最優(yōu)循環(huán)水余熱利用節(jié)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(xù)發(fā)展進(jìn)程。此外，從全廠能源利用角度出發(fā)，比較傳統(tǒng)循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)與基于熱泵技術(shù)的循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)，對節(jié)能毛收入、支出成本計算，再對供熱面積、凝汽器熱負(fù)荷進(jìn)行計算，確保方案更加科學(xué)合理。

2.6.2減排效果分析

熱電廠循環(huán)水余熱利用方案節(jié)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(zhì)的含量，以此為分析熱電廠經(jīng)濟(jì)效益與社會效益奠定扎實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。該廠通過使用先進(jìn)的循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)，與常規(guī)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(huán)境的污染程度，有效改善了城市空氣質(zhì)量。同時，對供水總管口的水質(zhì)樣品進(jìn)行測試，根據(jù)循環(huán)冷卻水水質(zhì)的在線監(jiān)測，可控制加藥量，確保循環(huán)水水質(zhì)在一定范圍內(nèi)波動，使發(fā)電廠獲得更加良好的設(shè)備形象，有利于電力企業(yè)實現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)。

結(jié)論：綜上所述，熱電廠應(yīng)在利用原有傳統(tǒng)循環(huán)水余熱利用，充分結(jié)合自身在冬季的實際供熱情況，不斷引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，以此實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。熱電廠專業(yè)技術(shù)人員需要整合循環(huán)水余熱利用系統(tǒng)運行資料，為余熱利用系統(tǒng)中各項設(shè)備參數(shù)的確定提供更加合理的依據(jù)，以此降低企業(yè)成本，提高熱電廠的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益，推動熱電廠可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)：

[1]賈丕建，孫立梅，邢學(xué)榮，等.熱電廠循環(huán)水余熱利用和節(jié)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(jī)組鍋爐空氣預(yù)熱器旁路余熱利用系統(tǒng)節(jié)能效果分析[J].熱力發(fā)電，2019，48（11）：56-61.

[3]王軍.吸收式熱泵在燃?xì)鉄犭姀S余熱回收中的應(yīng)用[J].節(jié)能與環(huán)保，2018（05）：66-67.