電廠循環水余熱回收供暖節能分析與改造技術

祁鵬飛

【摘? 要】隨著全球工業化的發展，“節能”和“環保”日益成為人類發展所關注的焦點。如何提高我國中小型熱電企業的綜合能源利用效率并降低環境污染，已成為當前熱電行業急需解決的主要問題之一。對于電廠來講，通常使循環冷卻水經過冷卻塔（涼水池）冷卻降溫后循環使用，冷卻塔釋放了大量的熱被直接排放到大氣中，造成能源的浪費以及對環境的熱污染，這是電廠綜合利用熱效率低的主要原因之一，也是電廠和節能工作者關注的焦點。

【關鍵詞】電廠循環水;余熱回收供暖節能;改造技術;

節能減排政策方針正是基于我國面臨的經濟可持續性發展因素、環境因素、國際政治因素而制定，是一項長期堅定不移執行的國策。汽輪機低真空循環水供暖正是為了滿足回收這部分熱量節約能源而發展起來的一項節能技術。

一、存在的問題

熱電聯產是由發電廠將一部分熱能通過供熱管線輸送到千家萬戶用于取暖。熱電聯產的蒸汽沒有冷源損失，所以熱效率較高。但是，隨著供暖事業的不斷提高，熱電廠普遍面臨著熱源供應不足、管網輸送能力有限等瓶頸，限制了集中供熱的發展。然而，熱電廠在生產中產生了大量的低溫循環冷卻水，這部分低位熱能含量巨大，但是卻只高于環境溫度10℃左右，在實際生產中很難直接再利用，往往直接排放到環境中，不僅造成環境的熱污染，而且浪費能源。如果能將這部分低溫熱能回收利用，不僅解決了熱源供應不足的問題，而且有巨大的經濟效益。

二、電廠循環水余熱回收供暖節能分析與改造技術

1.電廠循環水余熱回收供暖節能分析。目前常用的熱泵裝置，根據驅動能源的類型分類，主要有以熱能為驅動能源的吸收式熱泵和以電能（或機械能）為驅動能源的壓縮式熱泵。循環水供熱由于供回水溫差較小（為10-15℃左右），同樣供熱負荷下較城市熱網需要更大的管網投資和水泵電耗。因此循環水供熱的適用范圍為電廠周邊半徑3-5公里以內。理論上熱泵既可以設置在熱源端（電廠內），也可以設置在用戶端。但從減少管網輸送熱損失和熱泵規格的角度考慮，熱泵應盡量設置在靠近用戶端。循環水供熱系統基本方案如圖1所示，將熱電廠的循環冷卻水通過一次循環水管網輸送到設立在各個用戶處的熱力站，熱力站內分別安裝有吸收式熱泵機組或者電動壓縮式熱泵機組。電廠循環水在相應的熱泵機組中放熱降溫后，返回電廠凝汽器吸熱升溫后再輸送到熱力站。如此循環往復地將電廠凝汽器余熱輸送到用戶熱力站，熱泵機組從循環水吸熱并加熱二次側熱媒，通過二次管網輸送到用戶處的采暖末端設備。熱力站具體采用哪種形式的熱泵，需要結合電廠周邊用戶地區的能源供應狀況而定。吸收式熱泵技術主要是采用高溫熱水（120℃-130℃）、蒸汽或天然氣驅動，吸收電廠循環水的低位熱量，產生45℃-55℃的中溫熱量用于采暖。對于電廠周邊熱水網采暖的用戶以及具備燃氣或蒸汽條件的用戶，可以將循環水通過管道引到熱力站，并在熱力站增設吸收式熱泵，從而實現相應地區周邊的高效供熱，節約用能一倍以上。蒸汽或天然氣沒有到達同時電力容量不受限制的電廠周邊地區，可采用壓縮式熱泵技術回收電廠循環水熱量。壓縮式熱泵系統綜合能源利用率略低于吸收式熱泵，但是壓縮式熱泵的一個優勢就是占地小，設置靈活，可以設施在熱力站甚至是設置在住戶家中，實現設備冬夏兩用，降低設備初投資。水源熱泵機組對水源的水質有一定的要求，如果水質達不到要求，會對閥門、主機及其附件構成危害，從而影響系統的運行，但通常可以采取一些處理手段：如設置除污器，電子除垢儀，從而滿足機組對水質的要求。本文的水源為電廠循環冷卻水，在進鍋爐前已經經過水處理設備，水質完全符合要求。電廠循環水在相應的熱泵機組中放熱降溫后，返回電廠凝汽器吸熱升溫后再輸送到熱力站。如此循環往復地將電廠凝汽器余熱輸送到用戶熱力站，熱泵機組從循環水吸熱并根據不同的用戶采暖末端設備的要求加熱二次側熱水至不同的溫度范圍。例如，在針對地板低溫輻射采暖的熱用戶，熱泵機組出口水溫達到40℃～50℃;而針對采用暖氣片的熱用戶，則要求熱泵機組出口水溫達到55℃～65℃，另外，也可滿足家庭用熱水等需求。夏季，則可使用同一套系統實現夏季供冷。

2.改造技術。循環水供熱節能環保分析以下對熱水型吸收式熱泵、蒸汽型吸收式熱泵、電動壓縮式熱泵等不同循環水供熱方式與傳統的燃煤鍋爐、燃氣鍋爐及城市熱網供熱的能效和能源成本進行比較，采用吸收式熱泵提取循環水熱量供熱成本接近于熱網和燃煤鍋爐房;而采用電動壓縮式熱泵提取循環水余熱供熱成本明顯高于燃煤鍋爐房，但遠低于燃氣鍋爐房的供熱成本。假設按照40%余熱采用電動壓縮式熱泵利用，其余60%采用吸收式熱泵利用的方案。以北京市現有循環水余熱量為計算依據：整個采暖季實現供熱量1859萬GJ，回收循環水余熱約943萬GJ，共計消耗電能29935萬度，消耗蒸汽量為320.7萬噸，將該種方式與相同規模的燃煤鍋爐房和燃氣鍋爐房比較。第一燃煤鍋爐房供熱鍋爐效率80%;煤熱值29.3MJ/kg;第二燃氣鍋爐房供熱鍋爐效率90%，天然氣低位熱值LHV=35.16MJ/Nm3;第三循環水泵電耗按溫差15℃時的流量計算;第四發電煤耗按照2006年全國平均供電標準煤耗水平366g/kWh進行折算;燃氣發電效率按照燃氣--蒸汽輪機聯合循環方式計算，目前其供電效率已達到60%，此處按55%計算。相對與燃煤鍋爐和燃氣鍋爐房，現狀循環水余熱全部利用后，每年可以節約標煤33.9萬噸或節氣2.76億立方米;而規劃的循環水余熱全部利用后，每年可以節約標煤49.5萬噸或者節氣4.04億立方米。同時，考慮現狀循環水余熱全部利用，一個采暖季提取循環水余熱943萬GJ，每年可以減少的循環水蒸發損失1000-1200萬噸。可以看出，相對于燃煤鍋爐房，每年將減少CO2排放880507噸，減少SOx排放12918噸，減少NOx排放3830噸，減少煙塵排放5042噸;相對于燃氣鍋爐房，每年將減少CO2排放586672噸，減少SOx排放3噸，減少NOx排放334噸。另外因熱泵對循環水的冷卻作用可減小冷卻塔負荷，每年可減少電廠循環水蒸發損失1000-1200萬噸，弱化了循環水熱濕排放對電廠周邊環境的影響，因此該技術推廣后的環境效益非常顯著。通過降低凝汽機組真空，提高排汽溫度，利用循環水供熱來降低冷源損失是非常成功的，改造比較簡單，設備可以安全穩定運行，特別是節能效果顯著，經濟效益非常可觀。汽輪機低真空運行，循環冷卻水采暖技術，目前屬于國內冬季采暖最先進的方法，具有諸多優點和顯著的經濟效益，并且符合國家規定的熱電廠以熱定電的運行方式。

在能源日益緊張的今天，在大力推廣熱電聯產集中供熱技術的基礎上，利用熱電廠的現有機組，同時可減少循環水的蒸發而對環境造成的熱污染，在溫度條件適宜的地區，系統還能實現冬、夏兩季的空氣調節，其運行費用較低、經濟合理，適合作為電廠及其周邊小區的集中供熱制冷系統，系統穩定可靠、舒適性高，充分體現了系統的經濟性、節能性和環保性。

參考文獻：

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（作者單位：天津華賽爾傳熱設備有限公司）