熱電廠凝汽器循環冷卻水余熱利用供熱技術

王惟依

【摘 要】目前我國電廠由汽輪機效率和鍋爐效率構成電廠的熱效率，一些能量會從鍋爐排放出的煙氣中損失，另一些能量會從凝汽器的循環水中損失。本文對熱電廠凝汽器循環冷卻水常規余熱利用供熱技術。對吸收式熱泵機組與吸收式換熱機組聯合供熱方式的技術經濟性進行了分析。

【關鍵詞】熱電廠；凝汽器；冷卻水；吸收式熱泵；吸收式換熱機組

隨著城市規模的迅猛擴張，我國很多地方出現了集中熱源不足的問題，因供熱造成的城市環境與經濟承載力問題也日益凸現。然而，大容量、高參數供熱機組所產生的大量低壓缸排汽余熱目前基本上沒有得到利用，而是通過循環冷卻水系統排放到了環境中。

一、電廠循環水余熱利用技術分析

1.熱泵回收余熱技術。分布式電動熱泵供熱方式能夠根據不同熱力站供熱參數做出合理的熱泵機組選擇，這種熱泵技術在布設專門的循環水管道時，由于循環水和供回水存在的溫差限制，會產生巨大的管道投資，在輸送泵方面產生的能耗也很高，不能進行遠距離的輸送，只能在電廠周邊很小的范圍內進行供熱。利用集中式熱泵技術進行供熱時，需要把電動熱泵機組設置在電廠內，采用集中設置的方式，把凝汽器部分循環水導人蒸發器，把這部分循環水當成低位的熱源，進行放熱降溫后進行汽輪機的加熱工序，形成一次循環。把7 0℃的一次網水加熱到9 0℃，再通過汽水換熱器加熱到1 30℃，最后進行人們生活熱水、供熱的供應。熱泵集中擺放，把回收的余熱導人城市熱網，沒有了循環水管的建設工序，會節省大量的資金投人和時間成本；由于熱網回水具有很高的溫度，熱泵的制熱溫度也很高，會降低一部分能效。在采用集中吸收熱泵進行供熱時，考慮到和集中電動泵供熱方法大致相同，可以通過汽輪機驅動熱泵進行循環水余熱的吸收，借此來提高電廠供熱能力。

2.低真空運行技術。保持機組的排氣壓力低于設計值，直接供給用戶4 0℃左右的循環水，當凝汽器的排熱負荷多于用戶的熱負荷時，利用循環冷卻水把多余熱量導人環境中，保持熱點負荷能夠做到獨立調節。汽輪機釋放的潛熱也可以用于供熱，這時能夠保持熱功率最高。低真空環境下進行低溫供熱不會造成機組的不正常運行，在發電功率方面也不會受到用戶熱負荷影響，這種供熱方式額可以被用于大容量的機組中，也可以用于中小號容量的機組中。但這種供熱方式也有兩點不足，一是能夠利用的溫差一定，一般在1 0℃以下，這種大流量、小溫差就會增大在輸送方面的能量消耗；二是供熱的溫度不高，用于散熱末端不合適。這兩點不足就會影響到熱負荷，熱負荷不大時，循環水熱量得不到充分利用，系統的整體經濟性、綜合性就會有影響。

3.汽輪機真空運行技術。凝汽式的汽輪機通過低真空改造后進行供熱，凝汽器變成整個供熱系統的加熱器，原來循環冷卻水做供暖熱媒用，通過熱網系統的閉式循環，把汽輪機凝氣的潛熱充分利用。需要有更高供熱溫度時，從尖峰加熱器里二次加熱。雖然低壓缸提高了真空度，但相同進氣量和純凝工況比，發電量降低，汽輪機的內效率也降低了，熱力循環的冷源損失減少后，系統的熱效率從整體上會有所提高。

4.傳統低真空供熱技術。一般情況下，用戶使用的末端散熱器需要很高的水體溫度，低于真空環境下運行汽輪機，排汽壓力增加為5.OxI 000 O P a，凝汽器加熱的熱網水到7 0℃。我國電廠傳統的低真空供熱技術有2個限制條件：一是傳統低真空機組同背壓式機組相似，蒸汽量的多少取決于熱負荷的多少，不能獨立調節進行，它的運行模式是“以熱定電”，在熱負荷很穩定的系統上比較適用；二是對凝汽式機輪進行改造，在低真空運行環境下的少數中型機組以及小型的機組，經過計算變工況，嚴格校核和改動末級葉輪改造、對軸向推力的改變、排汽缸結構這些方面，后再實行，這不允許出現在現代化的大型機組中，特別是中間再熱式的汽輪機組。過高的凝汽壓力會使機組出口蒸汽溫度偏高，造成機組的劇烈振動，從而影響機組的安全運行。

二、新型技術

1.系統流程。吸收式熱泵機組與吸收式換熱機組聯合運行的系統流程見圖1。在熱電廠安裝的多級吸收式熱泵機組以抽凝式汽輪機抽汽作為高溫熱源，凝汽器循環冷卻水作為低溫熱源，逐級加熱一級管網回水。吸收式換熱機組由熱水型吸收式熱泵、板式換熱器構成，替代常規水-水換熱器，在不改變二級管網供回水溫度的前提下，可將一級管網回水溫度由70℃降至25℃左右。一級管網供回水溫差增大，降低了循環泵能耗及管網造價。二級管網回水一部分進入吸收式換熱機組中的吸收式熱泵，溫度由50℃升至65℃，另一部分進入板式換熱器與吸收式熱泵發生器出水換熱后溫度升至80℃。兩部分混合后溫度為70℃，作為二級管網供水。

對于熱電廠一側，25℃的一級管網回水經換熱器與凝汽器冷卻水換熱后溫度升至30℃，被3臺吸收式熱泵機組逐級加熱至90℃：第一級，雙效吸收式熱泵機組將熱水溫度加熱至50℃左右；第二級，單效吸收式熱泵機組將熱水溫度加熱至65℃左右；第三級，由于此時熱水溫度較高，因此需采用高溫型吸收式熱泵機組將熱水加熱至90℃。最后，經汽-水換熱器與抽凝式汽輪機抽汽換熱后溫度升至130℃作為一級管網供水。初末寒期可采用吸收式熱泵機組單獨供熱，汽-水換熱器不啟動，當熱泵機組出水溫度不能滿足要求時，啟動汽-水換熱器對吸收式熱泵機組出水進行加熱。

2.技術經濟性分析。一般大容量熱電廠采用低壓缸進汽前的抽汽作為加熱一級管網回水的熱源，抽汽壓力范圍為0.3～1.0 MPa。傳統熱電聯供方式的一級管網回水由70℃加熱至130℃，溫升較大，受汽輪機安全條件的限制，一般不會采用在低壓缸實施多級抽汽。這就造成汽-水換熱的溫差很大，相應的不可逆損失也很大。為此，對一級管網回水的加熱，引入吸收式熱泵技術，采用分階段梯級加熱的方式逐級提高熱水溫度，提高了熱電廠能源利用效率。聯合供熱方式的應用一方面需要增加設備投資，但另一方面也因此減少熱網投資。傳統熱電聯供方式的一級管網供回水溫度為130、70℃，聯合供熱方式為130、25℃，當供熱負荷相同時，綜合考慮回水溫度降低帶來的一級管網流量下降、回水管道保溫和補償要求下降等因素，保守測算聯合供熱方式的一級管網造價為傳統熱電聯供方式的70%左右。

吸收式熱泵機組與吸收式換熱機組聯合運行技術，相當于在不增加電廠容量情況下，擴大其供熱能力，提高能源利用率，減少冷卻水蒸發量，節省水資源，減少熱污染，保護生態環境。具有顯著的經濟、社會與環境效益。具有顯著的節能減排效果，符合國家節能減排的政策。

參考文獻：

[1]吳燕.電廠循環水供熱技術的研究與應用[J].區域供熱，2017，4：4～7.

[2]楊瑞.凝汽機組低真空循環水供暖調節方法的研究[J].煤氣與熱力，2017，15（3）：39～45.

（作者單位：中國華電丹東金山熱電有限公司）