電廠循環(huán)水余熱回收供暖節(jié)能分析與改造技術(shù)

祁鵬飛

【摘? 要】隨著全球工業(yè)化的發(fā)展，“節(jié)能”和“環(huán)?！比找娉蔀槿祟惏l(fā)展所關(guān)注的焦點(diǎn)。如何提高我國(guó)中小型熱電企業(yè)的綜合能源利用效率并降低環(huán)境污染，已成為當(dāng)前熱電行業(yè)急需解決的主要問(wèn)題之一。對(duì)于電廠來(lái)講，通常使循環(huán)冷卻水經(jīng)過(guò)冷卻塔（涼水池）冷卻降溫后循環(huán)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(fèi)以及對(duì)環(huán)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(jié)能工作者關(guān)注的焦點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】電廠循環(huán)水;余熱回收供暖節(jié)能;改造技術(shù);

節(jié)能減排政策方針正是基于我國(guó)面臨的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展因素、環(huán)境因素、國(guó)際政治因素而制定，是一項(xiàng)長(zhǎng)期堅(jiān)定不移執(zhí)行的國(guó)策。汽輪機(jī)低真空循環(huán)水供暖正是為了滿足回收這部分熱量節(jié)約能源而發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)節(jié)能技術(shù)。

一、存在的問(wèn)題

熱電聯(lián)產(chǎn)是由發(fā)電廠將一部分熱能通過(guò)供熱管線輸送到千家萬(wàn)戶用于取暖。熱電聯(lián)產(chǎn)的蒸汽沒(méi)有冷源損失，所以熱效率較高。但是，隨著供暖事業(yè)的不斷提高，熱電廠普遍面臨著熱源供應(yīng)不足、管網(wǎng)輸送能力有限等瓶頸，限制了集中供熱的發(fā)展。然而，熱電廠在生產(chǎn)中產(chǎn)生了大量的低溫循環(huán)冷卻水，這部分低位熱能含量巨大，但是卻只高于環(huán)境溫度10℃左右，在實(shí)際生產(chǎn)中很難直接再利用，往往直接排放到環(huán)境中，不僅造成環(huán)境的熱污染，而且浪費(fèi)能源。如果能將這部分低溫?zé)崮芑厥绽茫粌H解決了熱源供應(yīng)不足的問(wèn)題，而且有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

二、電廠循環(huán)水余熱回收供暖節(jié)能分析與改造技術(shù)

1.電廠循環(huán)水余熱回收供暖節(jié)能分析。目前常用的熱泵裝置，根據(jù)驅(qū)動(dòng)能源的類型分類，主要有以熱能為驅(qū)動(dòng)能源的吸收式熱泵和以電能（或機(jī)械能）為驅(qū)動(dòng)能源的壓縮式熱泵。循環(huán)水供熱由于供回水溫差較?。?0-15℃左右），同樣供熱負(fù)荷下較城市熱網(wǎng)需要更大的管網(wǎng)投資和水泵電耗。因此循環(huán)水供熱的適用范圍為電廠周邊半徑3-5公里以內(nèi)。理論上熱泵既可以設(shè)置在熱源端（電廠內(nèi)），也可以設(shè)置在用戶端。但從減少管網(wǎng)輸送熱損失和熱泵規(guī)格的角度考慮，熱泵應(yīng)盡量設(shè)置在靠近用戶端。循環(huán)水供熱系統(tǒng)基本方案如圖1所示，將熱電廠的循環(huán)冷卻水通過(guò)一次循環(huán)水管網(wǎng)輸送到設(shè)立在各個(gè)用戶處的熱力站，熱力站內(nèi)分別安裝有吸收式熱泵機(jī)組或者電動(dòng)壓縮式熱泵機(jī)組。電廠循環(huán)水在相應(yīng)的熱泵機(jī)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(huán)往復(fù)地將電廠凝汽器余熱輸送到用戶熱力站，熱泵機(jī)組從循環(huán)水吸熱并加熱二次側(cè)熱媒，通過(guò)二次管網(wǎng)輸送到用戶處的采暖末端設(shè)備。熱力站具體采用哪種形式的熱泵，需要結(jié)合電廠周邊用戶地區(qū)的能源供應(yīng)狀況而定。吸收式熱泵技術(shù)主要是采用高溫?zé)崴?20℃-130℃）、蒸汽或天然氣驅(qū)動(dòng)，吸收電廠循環(huán)水的低位熱量，產(chǎn)生45℃-55℃的中溫?zé)崃坑糜诓膳?。?duì)于電廠周邊熱水網(wǎng)采暖的用戶以及具備燃?xì)饣蛘羝麠l件的用戶，可以將循環(huán)水通過(guò)管道引到熱力站，并在熱力站增設(shè)吸收式熱泵，從而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)地區(qū)周邊的高效供熱，節(jié)約用能一倍以上。蒸汽或天然氣沒(méi)有到達(dá)同時(shí)電力容量不受限制的電廠周邊地區(qū)，可采用壓縮式熱泵技術(shù)回收電廠循環(huán)水熱量。壓縮式熱泵系統(tǒng)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(gè)優(yōu)勢(shì)就是占地小，設(shè)置靈活，可以設(shè)施在熱力站甚至是設(shè)置在住戶家中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備冬夏兩用，降低設(shè)備初投資。水源熱泵機(jī)組對(duì)水源的水質(zhì)有一定的要求，如果水質(zhì)達(dá)不到要求，會(huì)對(duì)閥門、主機(jī)及其附件構(gòu)成危害，從而影響系統(tǒng)的運(yùn)行，但通?？梢圆扇∫恍┨幚硎侄危喝缭O(shè)置除污器，電子除垢儀，從而滿足機(jī)組對(duì)水質(zhì)的要求。本文的水源為電廠循環(huán)冷卻水，在進(jìn)鍋爐前已經(jīng)經(jīng)過(guò)水處理設(shè)備，水質(zhì)完全符合要求。電廠循環(huán)水在相應(yīng)的熱泵機(jī)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(huán)往復(fù)地將電廠凝汽器余熱輸送到用戶熱力站，熱泵機(jī)組從循環(huán)水吸熱并根據(jù)不同的用戶采暖末端設(shè)備的要求加熱二次側(cè)熱水至不同的溫度范圍。例如，在針對(duì)地板低溫輻射采暖的熱用戶，熱泵機(jī)組出口水溫達(dá)到40℃～50℃;而針對(duì)采用暖氣片的熱用戶，則要求熱泵機(jī)組出口水溫達(dá)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(tǒng)實(shí)現(xiàn)夏季供冷。

2.改造技術(shù)。循環(huán)水供熱節(jié)能環(huán)保分析以下對(duì)熱水型吸收式熱泵、蒸汽型吸收式熱泵、電動(dòng)壓縮式熱泵等不同循環(huán)水供熱方式與傳統(tǒng)的燃煤鍋爐、燃?xì)忮仩t及城市熱網(wǎng)供熱的能效和能源成本進(jìn)行比較，采用吸收式熱泵提取循環(huán)水熱量供熱成本接近于熱網(wǎng)和燃煤鍋爐房;而采用電動(dòng)壓縮式熱泵提取循環(huán)水余熱供熱成本明顯高于燃煤鍋爐房，但遠(yuǎn)低于燃?xì)忮仩t房的供熱成本。假設(shè)按照40%余熱采用電動(dòng)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(xiàn)有循環(huán)水余熱量為計(jì)算依據(jù)：整個(gè)采暖季實(shí)現(xiàn)供熱量1859萬(wàn)GJ，回收循環(huán)水余熱約943萬(wàn)GJ，共計(jì)消耗電能29935萬(wàn)度，消耗蒸汽量為320.7萬(wàn)噸，將該種方式與相同規(guī)模的燃煤鍋爐房和燃?xì)忮仩t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?xì)忮仩t房供熱鍋爐效率90%，天然氣低位熱值LHV=35.16MJ/Nm3;第三循環(huán)水泵電耗按溫差15℃時(shí)的流量計(jì)算;第四發(fā)電煤耗按照2006年全國(guó)平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗水平366g/kWh進(jìn)行折算;燃?xì)獍l(fā)電效率按照燃?xì)?-蒸汽輪機(jī)聯(lián)合循環(huán)方式計(jì)算，目前其供電效率已達(dá)到60%，此處按55%計(jì)算。相對(duì)與燃煤鍋爐和燃?xì)忮仩t房，現(xiàn)狀循環(huán)水余熱全部利用后，每年可以節(jié)約標(biāo)煤33.9萬(wàn)噸或節(jié)氣2.76億立方米;而規(guī)劃的循環(huán)水余熱全部利用后，每年可以節(jié)約標(biāo)煤49.5萬(wàn)噸或者節(jié)氣4.04億立方米。同時(shí)，考慮現(xiàn)狀循環(huán)水余熱全部利用，一個(gè)采暖季提取循環(huán)水余熱943萬(wàn)GJ，每年可以減少的循環(huán)水蒸發(fā)損失1000-1200萬(wàn)噸。可以看出，相對(duì)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(duì)于燃?xì)忮仩t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(duì)循環(huán)水的冷卻作用可減小冷卻塔負(fù)荷，每年可減少電廠循環(huán)水蒸發(fā)損失1000-1200萬(wàn)噸，弱化了循環(huán)水熱濕排放對(duì)電廠周邊環(huán)境的影響，因此該技術(shù)推廣后的環(huán)境效益非常顯著。通過(guò)降低凝汽機(jī)組真空，提高排汽溫度，利用循環(huán)水供熱來(lái)降低冷源損失是非常成功的，改造比較簡(jiǎn)單，設(shè)備可以安全穩(wěn)定運(yùn)行，特別是節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。汽輪機(jī)低真空運(yùn)行，循環(huán)冷卻水采暖技術(shù)，目前屬于國(guó)內(nèi)冬季采暖最先進(jìn)的方法，具有諸多優(yōu)點(diǎn)和顯著的經(jīng)濟(jì)效益，并且符合國(guó)家規(guī)定的熱電廠以熱定電的運(yùn)行方式。

在能源日益緊張的今天，在大力推廣熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用熱電廠的現(xiàn)有機(jī)組，同時(shí)可減少循環(huán)水的蒸發(fā)而對(duì)環(huán)境造成的熱污染，在溫度條件適宜的地區(qū)，系統(tǒng)還能實(shí)現(xiàn)冬、夏兩季的空氣調(diào)節(jié)，其運(yùn)行費(fèi)用較低、經(jīng)濟(jì)合理，適合作為電廠及其周邊小區(qū)的集中供熱制冷系統(tǒng)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、舒適性高，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性和環(huán)保性。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：天津華賽爾傳熱設(shè)備有限公司）