电厂城市供热循环水余热利用技术方案探讨

邹晓辉，徐厚达，张 刚，郭 栋，王莉莉

(1.华电电力科学研究院，杭州 310030；2.华电国际电力股份有限公司莱城发电厂，山东 莱芜 271100)

电厂城市供热循环水余热利用技术方案探讨

邹晓辉1，徐厚达1，张 刚2，郭 栋1，王莉莉1

(1.华电电力科学研究院，杭州 310030；2.华电国际电力股份有限公司莱城发电厂，山东 莱芜 271100)

根据目前余热回收利用技术在不同容量电厂中的应用情况，对比分析不同余热回收利用技术，分析各自的优缺点，可为相同机组型号的电厂节能降耗改造提供前期选择参考，为机组选型提供依据。

余热利用；节能减排；对比

0 引 言

火力发电厂排烟热损失在锅炉各项热损失中所占比例最大，冷凝热通过凉水塔或空冷岛排入大气，形成巨大的冷端损失，是火力发电厂能源使用效率低下的主要原因，同时造成能量和水的浪费。对于火力发电厂锅炉尾部烟气循环水余热回收技术，国内外学者已经开展了大量研究，从回收利用的方式来看，目前常用的技术有: 汽轮机低真空运行供热技术；压缩式热泵回收余热；集中设置吸收热泵供热；“NCB”新型供热机组；大温差集中供热系统等有较好应用的技术。现将这些技术方案进行整理分析，找出各自的优缺点并对比，为以后同类型的机组进行节能改造提供参考。

1 各种汽轮机排汽冷凝热利用方案分析

1.1 汽轮机低真空运行供热技术

汽轮机低真空运行供热技术在理论上可以实现很高的能效，国内外都有很多成功的研究成果和运行经验，如孟繁晋[1]对其进行热力学分析,从经济性和分析；考芳[2]对低真空运行循环水供热改造进行实例说明，并从安全性和经济性进行分析；张耀辉等[3]对低真空运行供热技术在炼油厂动力站的抽凝式汽轮机上的应用，主要用于加热炼油厂的伴热水和采暖水，效果较好。凝汽式汽轮机改造为低真空运行供热后，凝汽器成为热水供热系统的基本加热器，原来的循环冷却水变成了供暖热媒，在热网系统中进行闭式循环，有效地利用了汽轮机凝汽所释放的汽化潜热。当需要更高的供热温度时，则在加热器中进行二级加热，供热系统简图(如图1所示)。

图1 凝汽式汽轮机低真空运行系统流程图

尽管低压缸真空度提高后，在相同的进汽量下与纯凝工况相比，发电量减少了，并且汽轮机的相对内效率也有所降低，但因降低了热力循环中的冷源损失，系统总的热效率仍会有很大程度的提高。

传统的低真空运行供热技术主要受以下几方面的限制：

(1)低真空运行机组类似于背压式供热机组，其通过的新汽量决定于用户热负荷的大小，所以发电功率受用户热负荷的制约，不能分开独立的进行调节，即其运行是“以热定电”，因此只适用于用户热负荷比较稳定的供热系统；

(2)汽轮机背压提高后，会影响汽轮机组的发电效率；

(3)凝汽式汽轮机改造为低真空运行循环水供热时，对小型和少数中型机组在经过严格的变工况运行计算，对排汽缸结构、轴向推力的改变、末级叶轮的改造等方面做严格校核和一定改动后方可以实行，但对现代大型机组则是不允许的，尤其对于中间再热式大型汽轮机组，凝汽压力过高会使机组的末级出口蒸汽温度过高，且蒸汽的容积流量过小，从而引起机组的强烈振动，危及运行安全。

1.2 压缩式热泵回收余热

火力发电厂的循环水中含有大量的潜在热量，铺设单独的管道，将电厂凝汽余热引至用户，在用户热力站等处设置分布式电动压缩式热泵，这种方式能够收到一定的节能效果，将循环水中低品位的冷凝热量转换为高品位的热能。但是管道投资巨大，输送泵耗高，因此无法远距离输送，供热半径仅限制在电厂周边3～5 km范围以内。郭江龙等[4]采用COP指数作为评价指标得出采用压缩式热泵制造热量是耗电量的3倍～6倍。孙天宇等[5]对压缩式与吸收式热泵进行了比较，分析各自的优缺点，指出压缩式热泵的单台设备容量小，出水温度较低，仅为45～60 ℃。

另一种方式就是在电厂处集中设置压缩式热泵，可以是电动的，这种热泵形式造成厂用电耗量大，在能源转换效率上不是最好的方式；也可以是汽轮机直接做功驱动的，但仅当有压力较高的蒸汽时才具有可行性。

1.3 集中设置吸收热泵供热方式

将吸收式热泵机组集中设置在电厂内部，系统流程如图2所示，与常规热电联产集中供热系统相比，仅采用吸收式热泵替代汽水换热器低温加热部分。华电大同第一热电厂等大型火力发电机组都是用这种模式将冷凝热回收技术应用于集中供热[6]。具体方案为：采用吸收式热泵回收汽轮机排汽冷凝热，将一次网热水从60 ℃加热到90 ℃，热水90 ℃到120 ℃仍然使用汽轮机抽汽来加热；汽轮机排汽向冷却水冷凝放热，冷却水40 ℃ 进热泵，30 ℃出热泵，再进汽轮机凝汽器吸热升温，如此循环，将凝汽器排热输送给热泵；吸收式热泵需要使用部分0.2 MPa以上的饱和蒸汽作为驱动热源。

图2 集中式吸收热泵供热方式系统流程图

这种方式可以回收部分汽轮机乏汽余热，具有一定节能效果，但同时在应用中存在着以下不足：

(1)由于受热网回水温度高的限制，为了达到回收余热的目的，需要的热泵容量大，导致电厂热泵设备占地面积大，在多数电厂会缺少场地布置；

(2)由于热网回水温度相对较高，一般电厂回收余热要求更高汽轮机抽汽参数和余热参数才能到达一定效果；回收余热的比例较小，节能性受到限制。

1.4 “NCB”新型供热机组

何坚忍等[7]专家针对300 MW大型供热机组提出了“NCB”供热汽轮机模式，并申请了专利。其特点是具有背压式供热汽轮机和抽凝式供热汽轮机的优点，同时又能克服这两种供热汽轮机的缺点，系统图如图3所示。机组在非供热期时，关闭供热抽汽控制阀、完全打开低压缸进气调节阀，该汽轮机呈纯凝工况运行，使得机组具有纯凝式汽轮机发电效率高的优点；在正常供热期，根据运行情况调控低压缸进气调节阀、供气抽气控制阀开度，机组呈抽汽工况运行，具有抽凝汽轮机优点，即能对外抽汽供热还可以保持高的发电效率；在高峰供热期，打开供热抽汽控制阀、关闭低压缸进气调节阀，汽轮机呈背压工况运行，具有背压供热汽轮机的优点，可做到最大供热能力，低压缸部分处于低速盘车状态，可随时投运。

图3 集中式吸收热泵供热方式系统流程图

但是该项技术改造要受两方面的局限：若原300 MW 机组为单轴汽轮机，如果改造为双轴汽轮机，需要解决排汽缸结构、轴向推力的改变等因素的影响，同时需要完成汽轮机叶轮的改造等工作，改造过程需要停机，改造难度大。

1.5 大温差集中供热系统

大温差集中供热系统，如图4所示。

图4 大温差集中供热系统流程图

如图4所示为大温差供热系统，该系统由汽轮机、凝汽器、蒸汽吸收式热泵、汽-水换热器、热水吸收式热泵、水-水换热器以及连接管路和附件组成[8]。其主要特征是：热网供热温差大，与常规热网相比在运行期间温差能增大约一倍，这样可以大幅度增加热网的输送能力，但同时由于回水温度低，无保温和热应力补偿问题，可以节省在回水管网和整个管网建设方面的投资；该系统在余热利用开发中能最大挖掘节能潜力，同时改造热源与热网两侧，使得热源侧余热充分回收，热网侧现有管网输送能力大大提高而避免破路施工，但两侧改造费用较大，特别是对现有热力站换热设备的改造需要多方协调，工作量大。

2 对比分析

将上述五种方案的优缺点进行对比分析，列表见表1。

表1 供热循环水余热利用方式对照表

3 结束语

我国计划到 2020 年将碳排放量减少 40%～45% 。随着时间的推移，目前面临着巨大的减排压力，余热回收利用作为提高能源利用效率的有效途径，国家出台多项政策鼓励企业进行余热回收利用，未来将有很大的应用空间，对比分析不同余热利用在城市供热循环水的应用方案，可为新建余热利用项目提供方案支撑。

[1] 孟繁晋．抽凝机组低真空循环水供热技术热力学分析[J]．暖通空调，2012,42(9):58-61.

[2] 考 芳．小型凝汽式汽轮机低真空运行循环水供热改造[J]．山东电力技术，2010,3:46-48.

[3] 张耀辉．抽凝式汽轮机低真空循环水供热技术分析及应用[J]．石油化工设备，2014,43(2):67-69.

[4] 郭江龙．压缩式和吸收式热泵回收电厂循环水冷凝热经济性分析[J]．汽轮机技术，2012,54(5):379-381.

[5] 孙天宇．压缩式与吸收式热泵系统的分析比较[J]．上海电力学院学报，2014,30(2):115-119.

[6] 李 岩．基于吸收式换热的热电联产集中供热系统配置与运行研究[D]．清华大学，2012.

[7] 何坚忍．节能增效的 NCB 新型专用供热机[J]．热电技术, 2009, (3):1-4.

[8] 付 林．一种大温差集中供热系统[P]．200810101065.

Study on Waste Heat Recovery of Heat-Feeding Water Circulating in City

ZOU Xiao-hui1, XU Hou-da1, ZHANG Gang2, GUO Dong1, WANG Li-li1

(1. Huadian Electric Power, Research Institute, Hangzhou 310030, China; 2. Huadian Power International Corp Laicheng Power Plant, Laiwu 271100, Shandong Province, China)

According to the current application status of waste heat recovery and utilization technology in different capacity in power plant, the comparative analysis of different waste heat recovery and utilization technology, analysis of their advantages and disadvantages, which can provide reference for the early selection of conservation of energy saving in power plant the same set of models, provide the basis for the selection of units.

Waste heat utilization; Energy saving; Contrast

2014-10-11

2014-11-10

邹晓辉(1980-)，男，宁夏回族自治区省、中卫市/中宁县，工程师，硕士，从事汽轮机方面的研究。

10.3969/j.issn.1009-3230.2014.12.010

TU832.1.3

B

1009-3230(2014)12-0041-05